Karakteristik komposit berpenguat serat tandan kosong kelapa sawit dengan komposisi fraksi volume serat 4%, 6% dan 8%, menggunakan perlakuan curing

i

KARAKTERISTIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT

TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN KOMPOSISI

FRAKSI VOLUME SERAT 4 %, 6 %, DAN 8 %,

MENGGUNAKAN PERLAKUAN CURING

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagai persyaratan Mencapai derajat sarjana Teknik Strata 1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh :

ROBERTUS PASKA DEVRIANA

NIM: 135214021

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

ii

CHARACTERISTICS OF THE REINFORCED EMPTY PALM

OIL FIBER BUNCHES COMPOSITE WITH 4%, 6%, AND 8%,

FIBER VOLUME FRACTION USING A CURING

TREATMENT

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By:

ROBERTUS PASKA DEVRIANA

Student Number: 135214021

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini kupersembahkan untukmu:

Tuhan Yesus Sang Juru Selamat

Keluargaku tercinta:

Papaku Yohanes Sumardi

Mamaku Yohaha F. Samini

Abangku Yohanes Eka Sasmita Adi

Kakaku Margareta Tria Wulandari

Pacarku Maria Eventia Claudia Ponomban

vii INTISARI

Komposit didefinisikan sebagai penggabungan dua macam material atau lebih dengan fase yang berbeda, yaitu fase matrik dan fase penguat. Agar mendapat sifat dan karakteristik yang baik dari komposit, maka perlu memperhatikan beberapa faktor, salah satunya adalah curing. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui nilai kekuatan tarik, regangan, modulus elastisitas dan mengetahui bentuk patahan dari komposit yang diberi perlakuan curing pada suhu 800C selama 2 jam.

Penelitian ini menggunakan serat alam yaitu serat dari limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dengan jenis susunan serat acak, resin yang digunakan adalah resin polyester, katalis dan mirror glass sebagai release agent. Komposit dibuat dengan menggunakan fraksi volume serat 4%, 6%, 8% TKKS, 95,6%, 93,6% dan 91,6% resin dan 0,4% katalis, diatas cetakan kaca berukuran 20 cm x 30 cm x 0,5 cm. Cara pengambilan data adalah dengan melakukan pengujian tarik pada setiap benda uji komposit fraksi volume 4%, 6% dan 8%, yang sudah diberi perlakuan curing pada suhu 800C selama 2 jam.

Dari penelitian ini didapatkan nilai kekuatan tarik rata-rata terbaik terdapat pada komposit fraksi volume serat 8% pada curing 800C bila dibandingkan dengan komposit fraksi volume 6% dan 4% pada curing 800_{C. Nilai regangan rata-rata}

terbaik terdapat pada komposit fraksi volume serat 8% pada curing 800C bila dibandingkan dengan komposit fraksi volume serat 6% dan 4% pada curing 800C. Nilai kekuatan tarik rata-rata terbaik terdapat pada komposit fraksi volume serat 8% pada curing 800C adalah 27,685 MPa, lalu pada komposit fraksi volume serat 4% pada curing 800C kekuatan tarik rata-rata terbesarnya adalah 25,318 MPa dan pada komposit fraksi volume serat 6% rata-rata terbesar nya adalah 27,328 MPa. Sedangkan nilai regangan rata-rata terbaik terdapat pada komposit fraksi volume serat 8% curing 800C yaitu 1,58%, lalu pada komposit fraksi volume serat 4% curing 800C regangan rata-rata terbesarnya adalah 1,33% dan komposit fraksi volume serat 6% curing 800_{C regangan rata-rata terbesarnya adalah 1,30%. Nilai}

modulus elastisitas dari komposit fraksi volume serat 4% curing 800C tertinggi adalah 18,680 MPa, lalu pada komposit fraksi volume serat 6% curing 800C nilai modulus elastisitas terbesarnya adalah 21,192 MPa, dan pada komposit fraksi volume serat 8% curing 800C nilai modulus elastisitas terbesar nya 18,106 MPa. Kata kunci: komposit, curing, kekuatan tarik, ragangan, modulus elastisitas

viii ABSTRACT

The composite is defined as combining two or more materials with different phases, namely the phase matrix and the amplifier phase. In order to get the properties and good characteristics of the composite, it is needed to pay attention to several factors, one of which is curing. The purpose of this research is to know the value of tensile strength, strain, elastic modulus and know the fracture form of the curing composite treated at 800C for 2 hours.

This research used natural fiber that is fiber from empty waste bunch of palm oil (TKKS) with type of random fiber arrangement, resin whith is used polyester resin, catalyst and mirror glass as release agent. The composites were prepared by using the fraction of fiber volume of 4%, 6%, 8% TKKS, 95.6%, 93.6% and 91.6% resin and 0.4% catalyst, on a glass mold measuring 20 cm x 30 cm x 0 , 5 cm. The data were collected by tensile test on each composite test of volume fraction of 4%, 6% and 8%, which had been treated curing at 800C for 2 hours.

From this research, the best value of tensile strength was found in composite fiber volume fraction of 8% at curing 800C when compared with composite volume fraction of 6% and 4% in curing 800C. The best average strain value was found in the composite fiber volume fraction of 8% in curing 800C when compared to the composite fiber volume fraction of 6% and 4% in curing 800_{C. The} best average tensile strength value was found in the composite volume fraction of 8% fiber at curing 800C was 27,685 MPa, then on the composite fiber volume fraction of 4% at curing 800C the largest average tensile strength was 25.318 MPa and on composite fraction the volume of fiber is 6% its largest average is 27,328 Mpa. While the best average strain value was found on the composite volume fraction of 8% curing 800C fiber that is 1.58%, then on the composite fiber volume volume 4% curing 800_{C the largest average strain was 1.33% and composite fiber} volume fraction 6% Curing 800C the largest average strain was 1.30%. The elasticity modulus value of the composite fiber volume volume of 4% curing the highest 800_{C was 18,680 MPa, then on the composite fiber volume volume of 6%} curing 800C the greatest elasticity modulus value was 21.192 MPa, and on the composite fiber volume volume of 8% curing 800C the value of its largest elastic modulus 18,106 MPa.

xii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL... TITLE PAGE ... HALAMAN PERSETUJUAN ... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN PERNYATAAN ... HALAMAN PERSEMBAHAN ... INTISARI... ABSTRACT ... HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... KATA PENGANTAR ... DAFTAR ISI ... DAFTAR TABEL ... DAFTAR GAMBAR ... BAB I PENDAHULUAN ...

1.1 Latarbelakang Masalah ... 1.2 Rumusan Masalah ... 1.3 Tujuan Penelitian ... 1.4 Batasan Masalah... 1.5 Manfaat Penelitian ... BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...

2.1 Pengertian Komposit ... 2.2 Komponen Bahan Komposit ... 2.3 Penggolongan Komposit ... 2.4 Komposit Berpenguat Serat ... 2.5 Orientasi Serat ... 2.6 Jenis Serat ... 2.7 Komposit dan Bentuk Serat ... 2.8 Matrik ... 2.9 Fase Ikatan ...

i ii iii iv v vi vii viii ix x xii xv xvi 1 1 2 3 3 3 5 5 7 7 9 15 17 17 18 20

xiii

2.10 Bahan Tambah ... 2.11 Kaidah Pencampuran Komposit (Rules of Mixture) ... 2.12 Fraksi Volume ... 2.13 Presentasi Jumlah Serat ... 2.14 Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan ... 2.15 Sifat Mekanik ... 2.16 Kelebihan Bahan Komposit ... 2.17 Kekurangan Bahan Komposit ... 2.18 Curing ... 2.19 Uji Tarik ... 2.20 Kerusakan Pada Komposit ... 2.20.1 Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal ... 2.20.2 Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal ... 2.20.3 Kerusakan Internal Mikroskopik ... 2.21 Tinjauan Pustaka ... BAB III METODE PENELITIAN ... 3.1 Skema Penelitian ... 3.2 Penyiapan Tempat Penelitian, Benda Uji dan Bahan Komposit ... 3.2.1 Tempat Penelitian ... 3.2.2 BendaUji ... 3.2.3 Bahan Komposit ... 3.2.4 Alat Pendukung Penelitian ... 3.3 Perhitungan Komposisi Serat ... 3.4 Pembuatan Benda Uji ... 3.4.1 ProsesPembuatan Komposit Resin (Polyester) ... 3.4.2 Proses Pembuatan Komposit Berpenguat Serat TKKS ... 3.5 Standar Uji dan Ukuran Benda Uji ... 3.6 Proses Curing ... 3.7 Cara Penelitian ... 3.7.1 Uji Tarik ... BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN ...

20 23 26 26 27 28 29 30 30 32 33 34 34 35 36 38 38 39 39 39 40 43 49 52 52 53 54 55 56 56 58

xiv

4.1 Hasil Pengujian ... 4.1.1 Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Serat TKKS ... 4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Komposit ... 4.2 Pembahasan. ... BAB V PENUTUP... 5.1 Kesimpulan ... 5.2 Saran. ... DAFTAR PUSTAKA ... LAMPIRAN ...

58 58 58 74 79 79 80 81 84

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat Resin Poliester dan Epoksi ... Tabel 3.1 Hasil Perhitungan Massa Jenis ... Tabel 3.2 Ukuran geometri ASTM D-638-14 ... Tabel 4.1 Data Pengujian Kekuatan Tarik Serat ... Tabel 4.2 Dimensi komposit resin ... Tabel 4.3 Kekuatan tarik komposit resin ... Tabel 4.4 Regangan komposit resin ... Tabel 4.5 Modulus elastisitas komposit resin ... Tabel 4.6 Dimensi komposit serat 4% TKKS curing 800C ... Tabel 4.7 Kekuatan tarik komposit serat 4% curing 800C ... Tabel 4.8 Regangan komposit serat 4% TKKS curing 800C ... Tabel 4.9 Modulus elastisitas komposit serat 4% TKKS curing 800C ... Tabel 4.10 Dimensi komposit serat 6% TKKS curing 800C ... Tabel 4.11 Kekuatan tarik komposit serat 6% TKKS curing 800_{C ...}

Tabel 4.12 Regangan komposit serat 6% TKKS curing 800C ... Tabel 4.13 Modulus elastisitas komposit serat 6% TKKS curing 800_{C ...}

Tabel 4.14 Dimensi komposit serat 8% TKKS curing 800_{C ...}

Tabel 4.15 Kekuatan tarik komposit serat 8% TKKS curing 800C ... Tabel 4.16 Regangan komposit serat 8% TKKS curing 800_{C ...}

Tabel 4.17 Modulus elastisitas serat 8% TKKS curing 800C ... Tabel 4.18 Hasil pengujian ... Tabel 4.19 Rerata hasil pengujian kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas komposit serat 4%, 6% dan 8% TKKS curing 800C ...

19 49 54 58 60 60 60 61 61 61 62 62 62 63 63 63 64 64 64 65 71 72

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambarl 2.1 Bentuk-bentuk reinforcement ... Gambarl 2.2 Serat sebagai penguat komposit ... Gambarl 2.3 Serat Continuous Roving ... Gambarl 2.4 Serat Woven Roving ... Gambarl 2.5 Serat Chopped Strand Mat ... Gambarl 2.6 Katalis ... Gambarl 2.7 Orientasi serat ... Gambarl 2.8 Diagram hubungan antara kekuatan, fraksi volume dan susunan serat... Gambarl 2.9 Bahan tambah (zat pelapis) ... Gambarl 2.10 Interface dan Interphase... Gambarl 2.11 (a) Crack (b) Interface ... Gambarl 2.12 Alat uji tarik UTM ... Gambarl 2.13 Kerusakan pada komposit akibat beban tarik longitudinal... Gambarl 2.14 Kerusakan pada komposit akibat beban tarik transversar ... Gambarl 3.1 Diagram alir penelitian ... Gambarl 3.2 Sawit utuh dan tandan kosong kelapa sawit ... Gambarl 3.3 Serat tandan kosong kelapa sawit ... Gambarl 3.4 Resin dan Katalis ... Gambarl 3.5 Butiran NaOH ... Gambarl 3.6 Bahan tambah ... Gambarl 3.7 Timbangan digital (analitik) ... Gambarl 3.8 Cetakan komposit ... Gambarl 3.9 Gelas ukur 1000 cc ... Gambarl 3.10 Suntikan 1 ml dan 3 ml ... Gambarl 3.11 Sarung tangan ... Gambarl 3.12 Sepatula kecil... Gambarl 3.13 Kuas ...

7 9 10 11 11 14 16 16 22 24 24 33 34 35 38 39 40 41 42 42 43 43 44 44 45 45 45

xvii

Gambarl 3.14 Gunting ... Gambarl 3.15 Gerinda ... Gambarl 3.16 Penggaris ... Gambarl 3.17 Jangka sorong ... Gambarl 3.18 Oven ... Gambarl 3.19 Termokopel... Gambarl 3.20 Mesin milling... Gambarl 3.21 Mesin uji tarik... Gambarl 3.22 Ukuran standar ASTM D-638-14 ... Gambarl 3.23 Bentuk dan ukuran spesimen uji tarik ... Gambarl 3.24 Dimensi spesimen uji tarik ASTM D-638-14 ... Gambarl 4.1 Grafik nilai kekuatan tarik komposit resin ... Gambarl 4.2 Grafik nilai regangan komposit resin ... Gambarl 4.3 Grafik nilai modulus elastisitas komposit resin... Gambarl 4.4 Grafik nilai kekuatan tarik komposit serat 4% curing 800C ... Gambarl 4.5 Grafik nilai regangan komposit serat 4% curing 800C ... Gambarl 4.6 Grafik nilai modulus elastisitas komposit serat 4% curing 800C

... Gambarl 4.7 Grafik nilai kekuatan tarik komposit serat 6% curing 800C ... Gambarl 4.8 Grafik nilai regangan komposit serat 6% curing 800C ... Gambarl 4.9 Grafik nilai modulus elastisitas komposit serat 6% curing 800_C

... Gambarl 4.10 Grafik nilai kekuatan tarik komposit serat 8% curing 800_{C ...}

Gambarl 4.11 Grafik nilai komposit serat 8% curing 800_{C ...}

Gambarl 4.12 Grafik nilai modulus elastisitas komposit serat 8% curing 800C ... Gambarl 4.13 Grafik nilai rata-rata kekuatan tarik komposit serat TKKS

curing 800C ... Gambarl 4.14 Grafik nilai rata-rata regangan komposit serat TKKS curing

800C ... 46 46 46 47 47 47 48 48 55 55 56 65 66 66 67 67 68 68 69 69 70 70 71 73 73

xviii

Gambarl 4.15 Grafik nilai rata-rata modulus elastisitas komposit serat TKKS

curing 800C ... Gambarl 4.16 Bentuk patahan komposit resin ... Gambarl 4.17 Bentuk patahan komposit fraksi volume serat 4% ... Gambarl 4.18 Bentuk patahan komposit fraksi volume serat 6% ... Gambarl 4.19 Bentuk patahan komposit fraksi volume serat 8% ...

74 77 77 78 78

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia memiliki banyak industri pengolahan minyak kelapa sawit. Industri-industri ini banyak menghasilkan limbah cair, gas dan padat, pemanfaatan limbah industri merupakan salah satu alternatif terbaik untuk mengurangi pencemaran lingkungan. Salah satu limbah padat yang dihasilkan dari pengolahan Tandan Buah Segar (TBS) yaitu Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS).

Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) merupakan hasil samping dari pengolahan minyak kelapa sawit yang pemanfaatan nya masih terbatas sebagai pupuk dan media bagi pertumbuhan jamur serta tanaman. Limbah kelapa sawit jumlahnya sangat melimpah, setiap pengolahan 1 ton Tandan Buah Segar (TBS) akan menghasilkan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) sebanyak 23% TKKS atau sebanyak 230 kg TKKS (Kamal, 2012).

Salah satu Pabrik Minyak Kelapa Sawit (PMKS) di Kalimantan Selatan dengan kapasitas produksi 800 ton/hari dapat menghasilkan 176 ton TKSS/hari. Permasalahan yang dihadapi pabrik kelapa sawit adalah pembuangan dan pembakaran TKKS. Pembuangan TKKS yang tidak terkendali di lahan perkebunan kelapa sawit mengakibatkan tumpukan TKKS dalam jumlah yang sangat besar.

Sejalan dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan kebutuhan masyarakat, saat ini pemanfaatan kelapa sawit tidak hanya pada buah nya saja yang digunakan untuk pembuatan minyak akan tetapi dari buah, batang, serat, tempurung, daun dan pelepahnya pun telah bisa dimanfaatkan seluruhnya sebagai produk turunannya misalnya diolah menjadi margarine, sabun, kertas, makanan ternak, pupuk dan masih banyak lagi yang lainnya.

Serat tandan kosong kelapa sawit adalah salah satu limbah organik yang dihasilkan dari buah sawit itu sendiri, saat ini penelitian untuk serat tandan kosong kelapa sawit masih sangat sedikit dilakukan sehingga pemanfaatan untuk serat tandan kelapa sawit ini masih sangat sedikit, serat tandan kelapa sawit yang dimanfaatkan memiliki berbagai karakteristik yang perlu dilakukan penelitian,

maka dari itu penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang serat tandan kelapa sawit, terutama tentang karakteristik komposit serat tandan kelapa sawit.

Komposit adalah sejumlah multi fasa sifat gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan reinforcement atau bahan penguat berupa serat, partikel atau flake. Komposit adalah gabungan antara dua bahan atau lebih, maka sangat banyak kemungkinan-kemungkinan untuk pembuatan komposit sesuai dengan sifat dan kebutuhan yang diinginkan sesuai dengan aplikasinya. Pada umumnya bahan material yang digunakan sebagai penguat atau reinforcement pada komposit adalah jenis-jenis serat panjang, tapi disini kami akan mencoba sesuatu yang lain yaitu menggunakan serat namun dengan ukuran yang kecil, untuk mengetahui karakteristik komposit yang kami buat.

Harnowo Supriadi (2014) sebelum nya sudah pernah melakukan penelitian dengan menggunakan serat tandan kosong kelapa sawit, yang berjudul “Pengaruh Perlakuan Alkalisasi terhadap Kekuatan Tarik Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Digunakan pada Komposit Serat TKKS”. Serat alam yang digunakan adalah serat TKKS dengan panjang serat 6 cm dan diameter serat 0,2 mm, pada penelitian ini dilakukan 3 variasi perlakuan alkali dan 1 variasi tanpa perlakuan alkali.

Karena komposit adalah gabungan dari beberapa bahan maka umumnya sifat komposit lebih unggul setelah dilakukan penggabungan. Keunggulan sifatnya antara lain :

1. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang tinggi.

2. Komposit dapat dirancang sedemikian rupa sehingga dapat terhindar dari korosi.

3. Dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang lebih baik.

1.2 Rumusan Masalah

Komposit merupakan material yang sangat dipengaruhi oleh sifat dan jenis dari bahan yang menjadi penyusun. Agar mendapat sifat dan karakteristik yang baik dari komposit, maka perlu memperhatikan beberapa faktor. Maka dari latar belakang di atas, dapat dirumuskan masalah yaitu: Seberapa kuat komposit serat

tandan kosong kelapa sawit mendapatkan beban atau pengujian yang akan diberikan setelah dilakukan curing?

1.3 Tujuan Penelitian

Dalam hal ini penulis melakukan penelitian tentang komposit serabut tandan kosong kelapa sawit yang bertujuan untuk :

a) Mengetahui pengaruh fraksi volume serat 4%, 6%, 8%, terhadap kekuatan tarik, dan regangan komposit serat tandan kosong kelapa sawit.

b) Mengetahui nilai dari modulus elastisitas pada komposit fraksi volume serat 4%, 6%, 8% yang sudah diberi perlakuan curing pada sushu 800C selama 2 jam.

c) Mengetahui bentuk patahan yang terjadi pada bahan komposit setelah dilakukan uji tarik.

1.4 Batasan Masalah

Karena terdapat begitu banyak hal yang dapat diteliti serta hal yang dapat mempengaruhi karakteristik dari komposit partikel serabut kelapa sawit, maka penulis memiliki batasan penelitian pada hal-hal sebagai berikut :

a) Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik untuk mengetahui kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas benda uji. b) Bahan penguat komposit adalah serat tandan kelapa sawit yang mempunyai

ukuran panjang 8 cm dengan fraksi volume serat sebesar 4%, 6% dan 8%. c) Pembuatan komposit menggunakan cetakan yang terbuat dari kaca dengan

ukuran: panjang 30 cm, lebar 20 cm, dan tebal 5 mm.

d) Matrik yang digunakan sebagai bahan pengikat adalah resin polyester dan katalis cobalt.

1.5 Manfaat Penelitian

a) Hasil dari penelitian dapat dijadikan artikel ilmiah, yang dapat digunakan untuk penelitian selanjutnya atau dapat digunakan sebagai pertimbangan dalam pemanfaatan limbah kelapa sawit.

b) Dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang komposit khususnya Karakteristik Komposit Serat tanda Kelapa Sawit.

5 BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Komposit

Bahan komposit adalah material hasil kombinasi makroskopi dari dua atau lebih komoponen yang berbeda, dengan tujuan untuk mendapatkan sifat-sifat fisik dan mekanik tertentu yang lebih dari pada sifat masing-masing komponen penyusunnya. Menurut Jones, R. M, (1999), dalam Mechanics of Composite Material, bahan komposit berarti dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis menjadi suatu bahan yang berguna. Bahan tersebut mempertahankan sifatnya dlam komposit yaitu, saling tidak larut atau menggabungkan sepenuhnya satu sama lain. Biasanya, komponen dapat diidentifikasi secara fisik dan menunjukkan sebuah antarmuka antara satu sama lain.

Komposit dapat didefinisikan sebagai penggabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase yang pertama disebut sebagai matrik yang berfungsi sebagai pengikat dan fase yang kedua disebut reinforcement agent yang berfungsi penguat bahan komposit. Campuran keduanya akan menghasilkan material yang keras, kuat, namun ringan. Sebenarnya prinsip dari komposit sudah lama digunakan dalam kehidupan sehari-hari, konsep ini sudah ada sejak dahulu yaitu mengkombinasikan sifat-sifat bahan yang berbeda untuk menghasilkan bahan baru yang memiliki sifat maupun tampilan yang lebih baik. Dari kombinasi bahan-bahan ini manusia dapat merancang sesuai dengan kebutuhannya, dimana tidak semua bahan dapat digunakan di semua kondisi lingkungan yang berbeda.

Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik, dan karakteristik ini yang berbeda darimaterial pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses

pembuatannya melalui percampuranyang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dan penguat. (Matthews dkk. 1993)

Bahan komposit sebenarnya banyak sekali terdapat di alam karena bahan komposit terdiri dari bahan organik maupun bahan anorganik, misalnya bambu, kayu, serat enceng gondok, tebu, dan sebagainya. Secara tidak sadar sebenarnya kita telah mengenal berbagai jenis komposit. Seorang petani memperkuat tanah liat dengan jerami, pengrajin besi membuat pedang secara berlapis, dan beton bertulang merupakan beberapa jenis komposit yang sudah lama kita kenal.

Penguat berfungsi sebagai penguat dalam bahan komposit. Bentuk penguat dapat bermacam-macam baik butiran, serat halus, serat diskontinu, serat kontinu, dan lempengan. Jenis penguat yang sering digunakan adalah bentuk serat karena bentuk ini lebih mudah dibentuk dibandingkan lempengan serta kemampuan meneruskan beban lebih besar dibandingkan bentuk butiran. Jenis serat yang umum digunakan sebagai penguat adalah serat karbon, serat gelas, dan aramid.

Komposit adalah penggabungan dari beberapa bahan maka pada umumnya sifat komposit lebih unggul setelah dilakukan penggabungan, keunggulan sifatnya antara lain (Jones, R. M, 1975: 1) :

1. Rapatannya rendah (ringan)

2. Komposit dapat dirancang terhindar dari korosi, hal ini akan sangat menguntungkan pada pemakaian sebagai elemen-elemen tertentu pada kendaraan bermotor.

3. Bahan komposit dapat memberi penampilan (appearance) dan kehalusan permukaan yang lebih baik.

4. Dengan bahan komposit dimungkinkan untuk mendapatkan sifat-sifat yang lebih baik dari keramik, logam atau polimer.

2.2 Komponen bahan komposit

Bahan komposit merupakan penggabungan dua macam bahan atau lebih yaitu matrik dan reinforcement agent. Penguat atau reinforcement agent ini dapat disisipkan ke dalam matrik tetapi tidak larut dalam matri.

Matrik pada komposit dapat berbentuk : a. Logam

b. Keramik c. Polimer

Reinforcement agent pada komposit dapat berbentuk : a. Fiber (serat)

b. Partikel c. Flake

Gambar 2.1 Bentuk – bentuk reinforcement agent (Sumber: Vinna Marcelia Tamaela) 2.3 Penggolongan komposit

Penggolongan bahan komposit sangat luas, jenis komposit sering dibedakan menurut bahan matrik dan bahan penguatnya. Berdasarkan penguatnya secara umum komposit dapat dikelompokkan tiga jenis (Jones, R, M : 7) :

1. Fibrous Composites

Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat berupa serat organik maupun serat sintetik atau anorganik), yang memiliki kekuatan dan

kekakuan yang lebih besar bila dibandingkan dengan 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 dari pada matriksnya, selain itu juga ada ikatan permukaan antara komponen penguat dan matriks (Van Vlack, L. H : 589).

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 dari satu jenis ataupun lebih dari satu jenis material, dan biasanya material partikel ini teruat dari bahan metal atau terbuat dari bahan non-metal.

Jenis-jenis Particulated composites :

 Partikel komposit organik

 Partikel komposit non organik

Sedangkan untuk komposit menurut jenis matriks yang digunakan dapat dibedakan menjadi :

a. Komposit Matriks Logam (Metal Matriks Composites)

Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam sedangkan bahan penguatnya dapat berupa logam maupun non logam.

b. Komposit Matriks Keramik (Ceramik Matriks Composites)

Keramik memiliki sifat-sifat yang cukup menarik seperti : kekakuan, kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi serta kerapatan yang rendah. Bahan ini juga memiliki beberapa kelemahan yaitu ketangguhan (Toughness) dan tegangan tarik rendah. Pembuatan komposit dengan matriks keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal. Metode yang biasa digunakan adalah metode metelurgi serbuk. Sebagai matriks dapat digunakan : Alumina (Al2O3), karbida

c. Komposit Matriks Polimer (Polimer Matriks Composites)

Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan kerena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan penguat dari komposit ini dapat berupa serat maupun partikel (flake), yang masing-masing dibedakan lagi menjadi bahan organik dan metal.

2.4 Komposit berpenguat serat

Komposit adalah satu jenis material yang mempunyai peluang untuk menggantikan material logam, khususnya pada aplikasi yang membutuhkan material dengan berat yang rendah.

Komposit serat adalah komposit yang terdiri dari fiber didalam matriks. Komposit serat merupakan salah satu jenis dari komposit matrik polimer atau Polymer Matrix Composites (PMC). Dimana serat berfungsi sebagai penguat atau reinforcement agent, dan polymer atau plastik berfungsi sebagai matrik atau pengikatnya. Untuk mendapatkan komposit yang lebih baik, dimungkinkan mengkombinasikan dua jenis serat atau lebih.

Gambar 2.2 Serat sebagai penguat komposit (Sumber: Vinna Marcelia Tamaela)

Secara alami serat yang panjang mempunyai kekuatan yang lebih dibanding serat yang berbentuk curah (bulk). Serat panjang mempunyai struktur yang lebih sempurna karena struktur kristal tersusun sepanjang sumbu serat dan cacat internal pada serat lebih sedikit dari pada material dalam bentuk curah. Bahan pangikat atau penyatu serat dalam material komposit disebut matriks.

Pemilihan bentuk susunan serat secara tepat akan mempermudah pengguna untuk memperoleh sifat-sifat dari komposit yang diinginkan. Macam-macam tipe (bentuk) serat tersebut antara lain:

a. Continuous Roving

Adalah gabungan dari serat-serat paralel menjadi satu strand dengan sedikit atau tanpa pengikat. Seratnya tersusun secara sejajar satu sama lain dan memanjang. Serat bentuk ini biasa digunakan dalam proses spray up, centrifugal casting,

continuous laminating process. Jenis ini mempunyai sifat mekanis yang baik. Orientasi serat kontinyu dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Serat Continuous Roving

(Sumber: James F. Shackelford, Introduction to Materials Science for Engineers. c. Mel M Schwartz)

b. Woven Roving

Adalah serat yang berbentuk lembaran yang dianyam dari beberapa

continuous roving. Terdapat berbagai macam ukuran lebar, tebal dan berat, tergantung kebutuhan pemakaian. Bentuk serat jenis ini mempunyai kekuatan yang tinggi dan dapat menurunkan biaya untuk produk yang besar. Biasanya digunakan pada proses hand lay-up, untuk pembuatan tangki, kapal dan body mobil. Orientasi serat woven roving dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Serat Woven Roving

(Sumber: James F. Shackelford, Introduction to Materials Science for Engineers. c. Mel M Schwartz)

c. Chopped strand mat

Adalah reinforcing mat yang terbuat dari potongan strand dan digabung secara acak dengan pengikat atau binder tertentu. Biasanya dipakai untuk pembuatan produk dengan kekuatan sedang, untuk proses centrifugal casting dan proses hand lay-up. Orientasi serat chopped strand mat (acak) dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Serat Chopped Strand Mat

(Sumber: James F. Shackelford, Introduction to Materials Science for Engineers. c. Mel M Schwartz)

Penelitian mengenai komposit yang mengabungkan antara matrik dan penguat yang berupa serat harus memperhatikan beberapa faktor. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi performa fibermatrik composites antara lain:

Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat memperbaiki sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga diharapkan mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi.

2. Letak Serat

Dalam pembuatan komposit tata letak dan arah serat dalam matrik yang akan menentukan kekuatan mekanik komposit, dimana letak dan arah dapat mempengaruhi kinerja komposit tersebut. Menurut tata letak dan arah serat diklasifikasikan menjadi 3 bagian yaitu: yang pertama one dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan dan modulus maksimum pada arah axis serat. Yang kedua adalah two dimensional reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing arah orientasi serat. Yang ketiga three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya. Pada pencapuran dan arah serat mempunyai beberapa keunggulan, jika orientasi serat semakin acak (random) maka sifat mekanik pada 1 arahnya akan melemah, bila arah tiap serat menyebar maka kekuatannya juga akan menyebar ke segala arah maka kekuatan akan meningkat. 3. Panjang Serat

Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan. Ada 2 penggunaan serat dalam campuran komposit yaitu serat pendek dan serat panjang. Serat panjang lebih kuat dibanding serat pendek. Serat alami jika dibandingkan dengan serat sintetis mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam pada setiap jenisnya. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Panjang serat berbanding diameter serat sering disebut dengan istilah aspect ratio. Bila

aspect ratio makin besar maka makin besar pula kekuatan tarik serat pada komposit tersebut. Serat panjang (continous fiber) lebih efisien dalam peletakannya dari pada Pada umumnya, serat panjang lebih mudah penanganannya jika dibandingkan dengan serat pendek. Serat panjang pada keadaan normal dibentuk dengan proses

filamentwinding, dimana pelapisan serat dengan matrik akan menghasilkan distribusi yang bagus dan orientasi yang menguntungkan. Ditinjau dari teorinya,

serat panjang dapat mengalirkan beban maupun tegangan dari titik tegangan ke arah serat yang lain. Pada struktur continous fiber yang ideal, serat akan bebas tegangan atau mempunyai tegangan yang sama. Selama fabrikasi, beberapa serat akan menerima tegangan yang tinggi dan yang lain mungkin tidak terkena tegangan sehingga keadaan di atas tidak dapat tercapai (Schwartz, 1984). Sedangkan komposit serat pendek, dengan orientasi yang benar, akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar jika dibandingkan continous fiber. Hal ini terjadi pada whisker,

yang mempunyai keseragaman kekuatan tarik. Komposit berserat pendek dapat diproduksi dengan cacat permukaan yang rendah sehingga kekuatannya dapat mencapai kekuatan teoritisnya (Schwartz, 1984). Faktor yang mempengaruhi variasi panjang serat chopped fiber composites adalah critical length (panjang kritis). Panjang kritis yaitu panjang minimum serat pada suatu diameter serat yang dibutuhkan pada tegangan untuk mencapai tegangan saat patah yang tinggi (Schwartz, 1984).

4. Bentuk Serat

Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Pada umumnya, semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang lebih tinggi. Selain bentuknya kandungan seratnya juga mempengaruhi (Schwartz, 1984).

5. Faktor Matrik

Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara seratdan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya, antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik. Juga kemampuan bertambahnya elongasi saat patah yang lebih besar dibandingkan dengan penguat. Selain itu juga perlu diperhatikan berat jenis,

viskositas, kemampuan membasahi penguat, tekanan dan suhu curring, penyusutan.

6. Faktor Ikatan Fiber-Matrik

Komposit serat yang baik harus mampuan untuk menyerap matrik yang memudahkan terjadi antara dua fase (Schwartz, 1984). Selain itu komposit serat juga harus mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang tinggi, karena serat dan matrik berinteraksi dan pada akhirnya terjadi pendistribusian tegangan. Kemampuan ini harus dimiliki oleh matrik dan serat. Selain itu gaya-gaya yang berpengaruh pada ikatan antara serat-matrik di antaranya yaitu gaya coulomb dan gaya adhesi.

7. Katalis

Katalis adalah suatu zat yang mempercepat laju reaksi kimia pada suhu tertentu, tanpa mengalami perubahan atau terpakai oleh reaksi itu sendiri. Suatu katalis berperan dalam reaksi tetapi bukan sebagai pereaksi ataupun produk. Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi, katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi yang lebih rendah, katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi. Banyak sedikitnya katalis yang diberikan pada pembuatan komposit juga berpengaruh pada sifat mekanik yang dihasilkan oleh komposit nantinya. Dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 katalis

(Sumber:https://www.google.com/search?q=katalis&source=lnms&tbm=isch&sa

8. Void

Void atau gelembung udara merupakan akibat yang tidak bisa dihindari pada saat proses pembuatan. Untuk itu sebisa mungkin meminimalkan void yang dihasilkan pada bahan komposit. Void (kekosongan) yang terjadi pada matrik sangatlah berbahaya, karena pada bagian tersebut penguattidak didukung oleh matriks, sedangkan penguatselalu akan mentransfer tegangan ke matriks. Hal seperti ini menjadi penyebab munculnya crack, sehingga komposit akan gagal lebih awal. Kekuatan komposit terkait dengan void adalah berbanding terbalik yaitu semakin banyak void maka komposit semakin rapuh dan apabila sedikit void

komposit semakin kuat. Void juga dapat mempengaruhi ikatan antara serat dan matrik , yaitu adanya celah pada serat atau bentuk serat yang kurang sempurna yang dapat menyebabkan matrik tidak akan mampu mengisi ruang kosong pada cetakan. Bila komposit tersebut menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan komposit tersebut. Pada pengujian tarik komposit akan berakibat lolosnya serat dari matrik. Hal ini disebabkan karena kekuatan atau ikatan interfacial antara matrik dan serat yang kurang besar (Schwartz, 1984).

2.5 Orientasi Serat

Dalam komposit, orientasi serat sangat mempengaruhi dan dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit. Secara umum penyusunan dari arah serat tersebut adalah sebagai berikut:

a. Unidirectional, yaitu serat disusun paralel satu sama yang lainnya. Disini kekuatan tarik terbesar terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat. Sedangkan kekuatan yang terkecil pada bahan yang tegak lurus arah serat. b. Pseudoisotropic, yaitu serat disusun secara acak dan kekuatan tarik pada satu

titik pengujian mempunyai nilai kekuatan yang sama.

c. Bidirectional, yaitu serat disusun tegak lurus satu sama lainnya (orthogonal) contohnya pada woven roving. Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah serat 0o dan 90odan kekuatan terendah terdapat pada arah serat 45o.

Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling proporsional, karena pada pemasangan satu arah serat ini dapat memberi kontribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena pemasangan serat yang semakin acak maka konstribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume kecil) sehingga menyebabkan kekuatan komposit semakin menurun.

Gambar 2.7 Orientasi Serat

(Sumber: James F. Shackelford, Introduction to Materials Science for Engineers. c. Mel M Schwartz)

Jumlah serat bahan komposit serat dapat dinyatakan dalam bentuk fraksi volume serat (Vf) yaitu perbandingan volume serat (Vf) terhadap volume bahan komposit (Vc). Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit maka akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut.

Gambar 2.8 Diagram hubungan antara kekuatan, fraksi volume dan susunan Serat

2.6 Jenis Serat

Berdasarkan ukuran panjang, serat dibagi menjadi serat kontinyu (continuous) dan tidak kontinyu (discontinuous). Ukuran panjang serat sangat 22 berpengaruh terhadap kemampuan bahan komposit dalam menahan gaya dari luar. Semakin panjang ukuran serat, semakin efisien menahan gaya dalam arah serat, selain itu secara teori serat panjang akan lebih efektif dalam hal transmisi beban dibandingkan serat pendek. Namun hal tersebut sulit dibuktikan dalam praktek, mengingat faktor manufaktur yang tidak memungkinkan untuk menghasilkan kekuatan optimum pada seluruh panjang serat, karena pada serat yang panjang terjadi ketidakmerataan pada penerimaan beban antara serat.

Sebagian serat mengalami ketegangan sedangkan yang lain dalam posisi bebas dari tegangan, sehingga jika komposit tersebut dibebani sampai kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah terlebih dahulu dibanding yang lainnya. Serat yang panjang juga menghilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antara serat dan matrik. Oleh sebab itu bahan komposit serat kontinyu sangat kuat dan liat jika dibandingkan dengan komposit serat tidak kontinyu. Tetapi adakalanya komposit yang diperkuat dengan serat pendek akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar daripada yang diperkuat dengan serat panjang, yaitu dengan cara pemasangan orientasi pada arah optimum yang dapat ditahan serat.

2.7 Komposisi dan Bentuk Serat

Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai bentuk penampang lingkaran, segitiga, heksagonal atau bentuk yang lain, misalnya bujur sangkar. Diameter suatu serat tergantung pada bahannya, dan bervariasi. Kekuatan serat juga dapat dilihat dari diameter serat itu sendiri. Diameter serat yang semakin kecil maka pertambahan kekuatan semakin cepat, namun sebaliknya pertambahan diameter akan mengakibatkan kekuatan semakin berkurang. Perbandingan antara panjang dan diameter serat harus cukup besar, hal ini agar tegangan geser yang terjadi pada permukaan antar serat dan matrik kecil. Berdasarkan 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 jerami, serat pisang, serat kapas, 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 (hybrid fiber).

2.8 Matrik

Dalam pembuatan komposit, matrik atau sering disebut resin yang banyak digunakan adalah dari jenis polimer thermosetting yang terdiri dari:

a. Resin Poliester

Resin poliester adalah bahan matrik polimer yang paling luas penggunaanya sebagai matrik pengikat, dari proses pengerjaan yang sederhana sampai hasil produksi yang dikerjakan dengan proses cetakan mesin. Sebagai resin

thermosetting, poliester memiliki kekuatan mekanis yang cukup bagus, ketahanan terhadap bahan kimia, selain itu harganya relatif cukup murah. Resin jenis ini banyak digunakan dalam fiber reinforced plastic karena jika diperkuat dengan serat gelas maka ketahanan panas akan lebih baik, tetapi kurang kuat. Resin poliester dapat mengalami proses curing dalam suhu kamar dan dapat dipercepat dengan menambahkan katalis. Bahan poliester banyak dipergunakan untuk komposit berpenguat serat gelas, contohnya: kapal, tangki penyimpan air dan perlengkapan bangunan.

b. Resin Epoksi

Resin ini harganya sedikit mahal, tetapi resin jenis ini memiliki keunggulan dalam hal kekuatan yang tinggi dan penyusutan yang relatif kecil setelahproses

curing. Resin ini banyak dipakai sebagai matrik pada komposit polimer dengan penguatnya serat karbon atau Kevlar.

Tabel 2.1 Sifat Resin Poliester dan Epoksi

Sifat Poliester 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

Kerapatan (g/cm3) 1,10-1,46 1,2-1,3

Fungsi dari matriks adalah sebagai bahan pengikat reinforcement, selain sebagai bahan pengikat matriks juga berfungsi sebagai penerus gaya dari satu partikel ke partikel yang lainnya. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan – bahan yang lunak dan liat. Polimer (plastis) merupakan bahan umum yang bisa digunakan. Contoh bahan polimer yang sejak dulu digunakan sebagai matriks yaitu polyester, vinilester dan epoxy. Jenis matriks polimer dibagi menjadi dua jenis :

1) Polimer Termoset

Polimer termoset adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak berubah karena panas. Contohnya: Poliimid, Poliimid Amid dan

Polidifenileter.

Adapun beberapa sifat dari resin poliester tak jenuh ini adalah (Surdia, 1995: 256-258) :

1. Viskositas relatif rendah

2. Mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan (maka tidak perlu diberi tekanan untuk pencetakan). 3. Resinnya kaku dan rapuh.

4. Suhu deformasi termalnya lebih rendah dari pada resin termoset lainnya. 5. Ketahanan panas jangka panjangnya kira-kira 110-140 0C.

6. Kuat terhadap asam, tetapi lemah terhadap alkali. 7. Tahan terhadap cuaca..

8. Tahan terhadap kelembaban dan sinar UV. 2) Polimer Termoplastik.

Ada bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi atau akan berubah karena panas. Contoh nya : PEEK (Poly-Ether-Ether-Ketone) PEI ( Poly-Ether-Imide), Nilon, dll.

2.9 Fase Ikatan

Kemampuan ikatan antara serat dan matrik dapat ditingkatkan dengan memberikan aplikasi permukaan yang disebut coupling agent. Tujuannya adalah meningkatkan sifat adhesi antara serat dan matrik. Coupling agent diperlakukan pada serat sebagai perlakuan secara kimiawi dalam bentuk sizing (perlakuan permukaan ketika serat pada proses pembentukan) dan finishing (perlakuan yang diterapkan setelah serat dalam bentuk benang). Proses ini juga dapat melindungi dan mencegah terjadinya kerusakan akibat gesekan antar serat sebelum dibuat menjadi struktur komposit.

2.10 Bahan Tambah

Penambahan bahan-bahan ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas komposit yang akan dihasilkan.

Bahan-bahan tambahan tersebut antara lain: 1. Katalis

Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Prosentase katalis dalam suatu bahan komposit relatif kecil (sekitar 0,5-1 %). Komposisi katalis pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama, dan apabila kelebihan katalis maka akan menimbulkan panas yang berlebihan saat proses curing sehingga akan merusak produk komposit yang dibuat. Katalis yang digunakan berasal dari

organic peroxide seperti methyl ethyl ketone peroxide dan acetyl acetone peroxide. 2. Akselerator

Akselerator adalah suatu bahan yang biasa digunakan dengan tujuan untuk mempercepat proses curing. Akselerator yang bereaksi dengan katalis di dalam resin polyester akan memberikan reaksi eksoterm antara suhu 80o-120o. Akselerator yang biasa digunakan adalah cobalt, amine, dan vanadium. Pada proses curing,

perbandingan akselerator sekitar 1% volume resin, sedangkan untuk katalis menggunakan perbandingan volume 0,5% dari volume resin.

3. Pigmen atau pasta berwarna

Pigmen atau pasta pewarna hanya dipergunakan pada akhir proses dari pembuatan FRP, hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya penurunan kemampuan FRP. Apabila pigmen dan pasta pewarna ini digunakan saat produksi, maka harus dipilih bahan yang sesuai sehingga tidak mempengaruhi proses curing. Pada pelapisan akhir (gel coating), perbandingan pigmen atau pasta pewarna adalah 10-5% dari berat resin. Beberapa pilihan warna dari pigmen antara lain: zinc yellow,

chrome orange, dan red iron oxide.

4. 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), mirror glass, polyvynil alcohol, film forming, dan oli, dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.9 Bahan tambah (zat pelapis)

(Sumber:https://www.google.com/search?q=katalis&source=lnms&tbm=isch&sa =X&ved=0ahUKEwijufup5zVAhViL8AKHSEUC3MQ_AUIBygC&biw=1366&

5. Filer

Penggunaan bahan ini dimaksudkan untuk mengurangi biaya dalam produksi. Selain itu filer juga dipergunakan untuk meningkatkan viskositas resin. Penggunaan filer sebagai bahan campuran tidak boleh memiliki 30% dari perbandingan terhadap berat resin. Alumina, calcium carbonate, serbuk silika adalah filer yang sering digunakan sebagai penyusun komposit FRP. Selain bahan-bahan tesebut diatas, masih ada bahan-bahan tambahan-bahan lain yang dapat memberi tampilan lebih pada produk FRP. Adiktif sebagai penambah kemampuan elektrik adalah

melamine synaturate dan masih banyak bahan tambahan lain yang dapat diaplikasikan pada komposit FRP dengan tujuan meningkatkan mutu dan kualitas produk.

2.11 Kaidah Pencampuran Komposit (Rules of Mixture)

Dalam pemilihan bahan komposit, haruslah dipilih kombinasi yang optimum dari sifat masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran dengan kombinasi yang optimum akan menghasilkan komposit dengan unjuk kerja yang baik pula. Sifat-sifat komposit ditentukan oleh phase matrik dan phase reinforcing

sebagai bahan penyusunnya, bentuk geometri bahan penyusunnya serta interaksi antar phase penyusun komposit. Rongga udara (void), tidak merekatnya phase reinforcing pada phase matrik (interface), rusak atau retaknya serat (crack) dan adanya rongga antara phase reinforcing dan phase matrik (interphase) harus dihindari. Dapat dilihat pada Gambar 2.10

Gambar 2.10 Interface dan Interphase

(Sumber: James A.J. dan Thomas F.K., Engineering Materials Technology, Structure Processing, Properties and selection)

Gambar 2.11 (a) Crack (b) Interface

(Sumber: James A.J. dan Thomas F.K., Engineering Materials Technology, Structure Processing, Properties and selection)

Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan penyusunnya. Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi regangan matrik. Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan meningkatkan regangan serat. Serat yang bersifat getas tetapi memiliki kekuatan tarik yang tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan tarik rendah dan regangan yang besar. Perpaduan tersebut menciptakan suatu bahan yang

memiliki sifat-sifat yang lebih baik. Perbaikan sifat-sifat inilah yang membuat komposit banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan dalam bidang teknik dan industri. Perpaduan bahan-bahan terus dilakukan untuk mendapatkan bahan baru yang mempunyai sifat-sifat lebih baik dari bahan-bahan yang sudah ada. Dibawah ini adalah perhitungan tentang bahan komposit:

a. Massa Komposit (mc)

mc



mm



mr

,

(2.1)

Dengan : m_m= massa matrik m_r = massa reinforcing b. Volume komposit (Vc)

Vc VmVr Vv, (2.2)

Dengan : V_m = volume matri V_r = volume reinorcing

V_v = volume void (rongga, cacat)

c. Kerapatan komposit (c)

( ) ( ), c r r m m c r m c c c V V V V m m V

m   

  

  



(2.3)

Dengan :



m = kerapatan matrik _r = kerapatan reinforcing Atau :

c(fmm)(frr), (2.4)

Dengan : c m m V V

f  dan ,

c r r

V V

2.12 Fraksi Volume

Jika fraksi volume (%) adalah perbandingan volume bahan pembentuk komposit terhadap volume komposit.

Misal : Vr = % Reinforcing

Vm = % Matrik

Vcat = % Katalis

Vcom = 100%

Maka : VrVmVcat Vkomposit, (2.6)

2.13 Presentasi Jumlah Serat

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

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

 Vm

Vf 1, (2.7)

Dengan :

Vf = fraksi volume serat

Vm = fraksi volume matrik Sedangkan fraksi berat dapat dituliskan

, 1 

Wm

Wf (2.8)

Dengan :

Wm = fraksi berat matrik

Massa jenis total komposit merupakan gabungan dari massa jenis komponen penyusunnya :

mVm fVf

c  

   , (2.9)

Dengan : c



= massa jenis komposit f

 = massa jenis serat Vf = fraksi volume serat

m



= massa jenis matrik

Vm = fraksi volume matrik

Persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:

c



= fVf m(1Vf)

c



= (f m)Vf m, (2.10)

Sehingga fraksi volume serat dapat diketahui dari persamaan:

Vf =

,

m f

m c













(2.11) 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 umumnya besar fraksi volume bahan komposit sekitar 20% sampai 60%, tergantung serat yang digunakan dan disesuaikan dengan kebutuhan.

2.14 Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan

Pada pengujian tarik yang dilakukan, hasilnya berupa print-out grafik hubungan beban dan pertambahan panjang. Untuk menghitung besarnya kekuatan

tarik dari pengujian tersebut, maka rumus yang digunakan adalah rumus tegangan, yaitu:

A P



 , (2.12)

Dimana :



= kekuatan tarik (kg/mm2) P = beban (kg)

A = luas penampang (mm2₎

= lebar x tebal

Hasil dari pengujian tarik juga dapat digunakan untuk mencari regangan dari benda uji, yaitu dengan menggukan rumus :

% 100   

Lo L

 , (2.13)

Dimana :



= regangan (%)

L = pertambahan panjang (mm) Lo = panjang mula-mula (mm) 2.15 Sifat Mekanik

Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional lainnya. Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umumnya bersifat homogen isotropik. Sifat heterogen bahan komposit terjadi karena bahan komposit tersusun atas dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat mekanis yang berbeda sehingga analisis mekanik komposit berbeda dengan bahan teknik konvensional. Sifat mekanik bahan komposit merupakan fungsi dari:

1. Sifat mekanik komponen penyusunnya 2. Geometri susunan masing-masing komponen 3. Inter fase antar komponen

Mekanika komposit dapat dianalisis dari dua sudut pandang yaitu dengan analisa mikro dan analisa makro mekanik, dimana analisa mikro bahan komposit

dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya dan hubungan antara komponen penyusunnya tersebut dengan sifat-sifat akhir dari komposit yang dihasilkan. Sedangkan analisis makro mekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa memperlihatkan sifat maupun hubungan antar komponen penyusunnya (Jones, R.M, 1975:11).

2.16 Kelebihan Bahan Komposit

Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan dibanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umum nya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanil dan fisikal, keupayaan (reliability), layak dalam pembuatan, dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini:

a. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal

Pada umum nya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matrik dan serat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti :

1. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah dibanding dengan bahan konvenional. Hal ini memberikan implikasi yang penting dalam kontek penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional.

2. Dalam industri angkasa lepas terdapat kecenderugan untuk menggantikan komponen yang dibuat dari logam dengan komposit, kerena teah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutama komposit yang menggunakan serat karbon.

3. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. 4. Masa jenis rendah (ringan)

5. Lebih kuat dan lebih ringan

6. Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungakan 7. Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas

8. Koefisien pemuaian yang rendah 9. Tahan terhadap cuaca

10.Tahan terhadap korosi 11.Mudah diproses (dibentuk) 12.Lebih mudah dibanding metal

b. Biaya

biaya bahan mentah, pemrosesan, tentang manusia, dan sebagainya. Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan menghasilkan sesuatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti

2.17 Kekurangan Bahan Komposit

Ada beberapa kekurangan yang dimiliki oleh material komposit ini, antara lain :

1. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan metal

2. Kurang elastis

3. Lebih sulit dibentuk secara plastis

2.18 Curing a. Curing

Proses curing adalah proses pengeringan bahan-bahan penyusun komposit yang sedang dibuat. Kecepatan dari proses curing ini berbeda-beda tergantung dari katalis dan temperatur lingkungan sekitar dicetaknya bahan komposit tersebut. Diharapkan pada proses curing tersebut dapat mengurangi rongga yang ada di dalam komposit dan merata pada seluruh bagian dari bahan komposit sehingga komposit yang dihasilkan berkualitas baik. Terdapat beberapa macam proses curing, antara lain: oven, minyak panas, lampu, uap panas, autoclave, microwave, dan beberapa proses curing yang lain :

Oven dengan gas dan oven dengan listrik bersikulasi udara adalah model umum yang umum digunakan. Model ini tergolong mahal dan dapat digunakan dalam skala besar. Beberapa tekanan sering ditambahkan dalam proses ini dengan shrink tape atau dengan sebuah kantong vakum. Energi yang digunakan jelas lebih besar dibanding proses curing yang lain. Hal ini disebabkan karena energi dipakai untuk memanaskan seluruh ruang termasuk udara, cashing, penyangga oven bahkan lantai juga ikut terkena panas.

c. Minyak Panas

Metode dengan minyak panas ini sering dipakai pada komposit atau matrik dengan waktu sangat cepat, biasanya membutuhkan waktu kurang dari 15 menit. Minyak panas digunakan untuk mendapatkan pemanasan yang sangat cepat pada lapisan dan mengurangi kebutuhan akan proses curing dengan metode oven. Suhu curing pada metode ini berkisar antara 150o-240°C.

d. Lampu

Pada metode ini, panas lampu digunakan pada komposit yang permukaannya dapat memantulkan cahaya. Panas yang dicapai sekitar 171oC. selain mudah dipergunakan, penanganan yang tepat juga diperlukan agar proses curing bisa merata pada seluruh bahan komposit.Metode lain dari proses ini adalah pulsed xenon lamp yang digunakan pada komposit dengan katalis yang peka cahaya. Dapat juga digunakan lampu infra merah, meskipun metode ini jarang digunakan.

e. Uap Panas (Steam)

Metode curing ini menggunakan uap panas sebagai penyedia panas. Dalam proses ini digunakan beberapa saluran pipa untuk sirkulasi air dan uap. Pada ujung mandrel (alat penggulung serat) terdapat alat pengatur jalan uap dan air. Setelah katup dibuka, uap panas mengalir dan disirkulasikan melalui mandrel berongga (hollow mandrel) untuk melakukan curing. Setelah proses curing selesai, air dingin dialirkan untuk mendinginkan mandrel.

f. Autoclave

Untuk mendapatkan komposit berkualitas baik yang akan digunakan pada pesawat luar angkasa maka perlu memakai proses curing autoclave, dengan bantuan

ruang hampa udara (vacuum). Meskipun tidak digunakan untuk produksi massal, metode ini mampu menghasilkan tekanan 1,4-2,1 Mpa dan temperatur sekitar 371o_{C. Kelemahan dari proses ini adalah lamanya proses curing dan tidak cocok}

untuk produksi misal dan jarang digunakan. g. Microwave

Penggunaan metode ini dapat memberikan keuntungan yang signifikan pada komposit terutama pada serat glass dan serat aramid (Kevlar). Panas dari microwave diserap dengan cepat dan baik oleh matrik/resin maupun seratnya. Energi yang digunakan dalam proses ini tidak sedikit dan membutuhkan biaya yang cukup besar. Proses curing dengan microwave ini tidak dapat digunakan untuk bahan yang bersifat konduktif, seperti serat karbon.

h. Proses Curing Yang Lain

Proses curing yang lain biasanya menggunakan electron beam, laser, radio frequency (FR) energy, ultrasonic, dan induction curing. Proses-proses ini mempunyai tingkat keefektifan dan keberhasilan yang berbeda-beda dalam pelaksanaan proses curing untuk komposit.

i. Glass Temperature Transition

Glass temperature transition adalah salah satu sifat penting dari epoksi dan merupakan daerah dimana suhu transisi polimer dari bahan glass yang keras ke bahan yang elastis. Karena epoksi adalah material thermosetting dan bahan kimia yang memiliki crossed-link pada proses curing, maka pada akhir proses curing, epoksi tidak meleleh atau reflow ketika dipanaskan (tidak seperti termoplastik), tetapi mengalami sedikit perubahan fasa (melunak) pada temperatur tinggi.

2.19 Uji Tarik

Pengujian tarik (tensile test) adalah pengujian mekanik secara statis dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya dimana gaya tarik yang diberikan sebesar P (Newton). Tujuannya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik) dari komposit yang diuji. Pertambahan panjang (Δl) yang terjadi akibat gaya tarikan yang diberikan pada sampel uji disebut deformasi. Regangan merupakan perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang

mula-mula. Regangan merupakan ukuran untuk kekenyalan suatu bahan yang harganya biasanya dinyatakan dalam persen (Sears, 2002).

Kekuatan tarik adalah salah satu sifat dasar dari bahan. Hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan, temperature, kelembaban, dan seterusnya.

Kekuatan tarik diukur dengan menarik sekeping sampel dengan dimensi yang seragam. Tegangan tarik ζ, adalah gaya yang diaplikasikan, F, dibagi dengan luas penampang A yaitu: Satuan yang dipakai adalah dyne per sentimeter kuadrat (CGS) atau Newton per meter kuadrat (MKS). Perpanjangan tarik ε adalah perubahan panjang (Δl) sampel dibagi dengan panjang awal (l): Perbandingan tegangan (ζ) terhadap perpanjangan (ε) disebut modulus tarik E

Gambar 2.12 Alat Uji Tarik UTM

(Sumber:https://www.google.com/search?q=katalis&source=lnms&tbm=isch&sa =X&ved=0ahUKEwijufup5zVAhViL8AKHSEUC3MQ_AUIBygC&biw=1366&

bih=627#tbm=isch&q=uji+tarik)

2.20 Kerusakan Pada Komposit

Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan rusaknya suatu bahan komoposit, yaitu pembebanan tarik tekan baik dalam arah

2.20.1 Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal

Pada bahan komposit yang akan diberi beban tarik searah serat, keruskan bermula dari serat-serat yang patah pada penampang terlemah. Semakin besar beban, akan semakin banyak pula serat yang patah. Pada kebanyakan kasus, serat tidak patah sekaligus secara bersamaan. Apabila serat yang patah semakin banyak, maka akan terjadi beberapa kemungkinan:

a. Bila serat mampu menahan gaya geser dan meneruskan ke serat sekitar, maka serat yang patah akan semakin banyak. Hal ini akan menimbulkan yang disebut retakan. Patahan yang terjadi disebut patah getas (brittle failure).

b. Bila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul di ujung, serat dapat terlepas dari matrik (debounding) dan komposit akan rusak tegak lurus arah serat.

c. Kombinasi dari kedua tipe diatas, pada kasus ini terjadi di sembarang tempat disertai dengan kerusakan matrik. Kerusakan yang terjadi berupa patahan seperti sikat (brush type).

Gambar 2.13 Kerusakan pada komposit akibat beban tarik longitudinal (Sumber: Adiyono, 1996)

2.20.2 Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal

Serat pada komposit yang mengalami pembebanan tegak lurus arah serat (transversal), akan mengalami konsentrasi tegangan pada interface antar serat dan matrik itu sendiri. Oleh karena itu, bahan komposit yang mengalami beban transversal akan mengalami kerusakan pada interface. Kerusakan transversal ini

juga dapat terjadi pada komposit dengan jenis serat acak dan lemah dalam arah transversal. dengan demikian, kerusakan akibat beban tarik transversal terjadi karena:

a. Kegagalan tarik matrik

b. Debounding pada interface antara serat dan matrik

Gambar 2.14 Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal (Sumber: Bambang Kismono Hadi, 2000:41)

2.20.3 Kerusakan Internal Mikroskopik

Definisi kerusakan suatu bahan disesuaikan dengan kebutuhan. Beberapa struktur dapat dianggap rusak apabila terjadi kerusakan total. Namun untuk struktur tertentu, deformasi yang sangat kecil sudah dapat dianggap sebagai kerusakan. Hal ini sangat dapat terjadi pada komposit. Pada bahan ini, kerusakan internal mikroskopik dapat jauh terjadi sebelum kerusakan yang sebernarnya terjadi. Kerusakan mikroskopik yang terjadi pada komposit dapat berupa:

a. Patah pada serat (fiber breaking)

b. Retak mikro pada matrik (matrix micro crack) c. Terkelupasnya serat dari matrik (debounding)

d. Terlepasnya lamina satu dengan yang lainnya (delamination)

Untuk melihat kerusakan ini maka harus menggunakan mikroskop, dan foto mikro akan menunjukkan jenis-jenis kerusakannya. Karena kerusakan ini tidak dapat dilihat oleh mata secara langsung, maka akan sulit menentukan kapan dan dimana suatu komposit akan rusak. Oleh karena itu, suatu komposit dikatakan mengalami kerusakan apabila kurva tegangan-regangan (didapat dari pengujian

tarik) tidak lagi linear, atau ketika bahan tersebut telah rusak total. Hal ini berlakubaik pada komposit satu lapis (lamina) maupun laminat.

2.21 Tinjauan Pustaka

Pada penelitian yang sudah dilakukan G. Estu Nugroho (2017) yang berjudul “Karakteristik Komposit Berpenguat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan NaOH Dengan Fraksi Volume Serat 4%, 6% dan 8%” yang bertujuan untuk mengetahui fraksi volume serat terbaik terhadap kekuatan tarik dan regangan pada komposit. Penelitian ini menggunakan variasi fraksi volume serat 4%, 6% dan 8% tanpa menggunakan proses Curing. Kesimpulan yang dapat diambil keseluruhan dari penelitian ini adalah semakin besar fraksi volume serat yang digunakan semakin menurun kekuatan tarik dan regangan nya. Kekuatan tarik dan regangan pada fraksi volume 8% yaitu sebesar 24,4 MPa dan nilai regangan nya adalah 1,95%, sedangkan pada fraksi volume 6% sebesar 30,5 MPa, regangan nya adalah 1,76%, pada fraksi volume 4% sebesar 36,3 MPa, regangan nya adalah 1,45%. Terjadi penurunan kekuatan tarik dan regangan pada setiap penambahan fraksi volume serat.

Sementara itu, Budha Maryanti, dkk (2011) telah melakukan penelitian yang berjudul “Pengaruh Alkalisasi Komposit Serat Kelapa-poliester Terhadap Kekuatan Tarik” yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari serat yang melalui perlakuan alkalisasi dengan yang tidak melalui perlakuan alkalisasi. Penelitian ini menggunakan variasi presentase konsentrasi NaOH 0%, 2%, 5% dan 8%. Kesimpulan yang dapat diambil secara keseluruhan dari hasil penelitian tersebut adalah kekuatan tarik komposit untuk perakuan alkalisasi dengan presentase 5% dengan proses alkalisasi selama 1 jam menghasilkan kekuatan tarik 97,356 N/mm2_{, sedangkan tanpa alkalisasi atau alkalisasi 0%}

menghasilkan kekuatan tarik sebesar 90,144 N/mm2.

Hasil penelitian yang sudah dilakukakan Vinna Marcelia Tamaela (2016) tentang “ Karakteristi Curing 800C dan 1000C Komposit Serat E-glass” yang bertujuan untuk mengetahui nilai kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas dari komposit yang diberi perlakuan curing dengan variasi suhu 800C dan 1000C

pada komposit serat e-galss. Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian in adalah Kekuatan tarik rata-rata tertinggi pada komposit yang mengalami proses

curingdengan suhu 1000_{C yaitu 5,73 kg/mm2 atau 56,11 MPa, lalu pada yang tidak}

mengalami proses curing nilai kekuatan tarik rata-rata tertingginya adalah 5,24 kg/mm2 atau 51,34 MPa dan pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 800_{C nilai kekuatan tarik rata-rata tertingginya 4,89 kg/mm2 atau47,89 MPa.}

Regangan rata-rata terbesar pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 1000C yaitu 1,11%, lalu pada pada komposit yang mengalamiproses curing

dengan suhu 800C nilai regangan rata-rata terbesarnya adalah 1% dan komposit yang tidak mengalami proses curing nilai regangan rata-rata terbesarnya adalah 1,31%. Nilai modulus elastisitas dari komposit yang tidakmengalami proses curing

yang tertinggi adalah 5,64 GPa, dan yang terendah 3,11 GPa. lalu pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 800C nilai modulus elastisitas yang tertinggi adalah 5,42 GPa dan yang terendah 4,67 GPa. dan komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 1000C nilai modulus elastisitas yang tertinggi adalah 6,02 GPa dan yang terendah adalah 4,04 GPa.

Pada penelitian Jamasri tentang sifat tarik komposit serat buah sawit acak bermatrik polyester mengambil kesimpulan kekuatan tarik tertinggi komposit diperoleh dari komposit yang diperkuat serat perlakuan selama 2 jam. Besarnya kekuatan tarik pada Wf (fraksi berat) adalah 27% sebesar 20,94 Mpa. Kekuatan ini meningkat 47,36% dibandingkan dengan komposit yang diperkuat serat tanpa pelakuan.

38 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Skema Penelitian

Berikut ini merupakan diagram alir untuk proses pembuatan benda uji sampai pengambilan data dan pengolahan data dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Serat TKKS Polyester Katalis

Pembuatan benda uji : 1. Pembuatan cetakan

2. Pecetakan matrik tanpa menggunakan serat 3. Pencetakan komposit dengan komposisi

fraksi volume 4%, 6%, 8% 4.

Perlakuan curing suhu 800_{Cselama 2 jam}

Uji tarik

Hasil penelitian

Pembahasan Studi pustaka

Kesimpulan Bahan

3.2 Penyiapan Tempat Penelitian, Benda Uji dan Bahan Komposit 3.2.1 Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sebelum memulai penelitian, alat dan bahan untuk membuat benda uji perlu dipersiapkan terlebih dahulu. proses persiapan ini dimulai membeli alat dan bahan yang akan dipakai untuk pembuatan benda uji dan terakhir pembuatan benda uji sampai pada proses pengujian.

3.2.2 Benda Uji

a. Sawit yang masih belum diolah dan sawit yang sudah diolah menjadi tankos dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Sawit utuh dan tandan kosong kelapa sawit

(Sumber:https://www.google.co.id/search?q=serat+tandan+kosong+kelapa+sawit &espv=2&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjP6J7o_ZnVAhUBEr

b. Tandan kosong yang sudah dihancurkan dan menjadi serat dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 serat tandan kosong kelapa sawit 3.2.3 Bahan Komposit

Bahan-bahan utama yang digunakan untuk membuat komposit berpenguat serat tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai berikut :

1. Serat

Pada penelitian ini, serat atau fiber yang digunakan adalah serat dari tandan kosong kelapa sawit. Secara umum serat tandan kosong kelapa sawit memiliki sifat lembek namun ulet atau kuat. Untuk mendapatkan serat tandan kosong kelapa sawit, harus melalui beberapa proses.

Proses tersebut antara lain :

a. Mencari tandan kosong kelapa sawit diperkebunan kelapa sawit

Untuk mendapatkan serat tandan kosong kelapa sawit hal pertama yang harus dilakukan adalah mencari tandan kosong kelapa sawit diperkebunan kelapa sawit. Proses ini tidak susah karena tandan kosong kelapa sawit sangat banyak limbahnya, tandan kosong kelapa sawit sebagian besar hanya dibuang di perkebunan kelapa sawit, hal tersebut dilakukan bertujuan supaya limbah tandan kosong kelapa sawit terurai dan dapat menjadi pupuk untuk pohon sawit itu sendiri. Jadi untuk mendapatkan limbah tandan kosong kelapa sawit tidak terlalu susah. b. Pembersihan tandan kosong kelapa sawit

Setalah mendapatkan tandan kosong kelapa sawit, kemudian tandan kosong dibersihkan dengan air mengalir hingga bersih dari kotoran dan jamur. Setelah bersih kemudian serat tandan kosong kelapa sawit dihancurkan dengan menggunakan alat penghancur kusus, karena penulis melakukan nya hanya dengan cara manual yaitu dengan cara ditumbuk sampai tandan kosong mudah diurai hingga menjadi serat.

c. Penjemuran serat tandan kosong kelapa sawit

Setelah mendapatkan serat, kemudian proses penjemuran serat. Serat dijemur dengan menggunakan bantuan dari sinar matahari selama 2-5 hari sampai serat benar-benar kering.

d. Pemilihan serat tandan kosong kelapa sawit

Setelah serat tandan kosong kelapa sawit kering, kemudian serat dipilih dan diukur dengan panjang serat 8 cm dan dengan rata-rata diamternya 1,97 mm. 2. Resin dan katalis

Resin yang digunakan adalah resin polyester, resin ini sering disebut juga dengan nama (UPR). (UPR) merupakan jenis resin cair dengan viskositas yang cukup rendah, mengeras pada suhu kamar dengan bahan tambah katalis yang berfungsi sebagai pengeras resin dapat dilihat pada Gambar 3.4.

3. NaOH

Perlakuan alkali NaOH 5% berfungsi untuk meningkatkan kualitas serat dan untuk mengurangi kandungan minyak yang terdapat pada tandan kosong kelapa sawit.

Gambar 3.5 Butiran NaOH 4. Bahan tambah

Ada beberapa bahan tambah yang digunakan dalam pembuatan atau pencetakan komposit antara lain nya adalah release agent. Karena pada proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan menggunakan 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 adalah antara lain waxe (semir), mirror glass, vasielin, polyvinyl alcohol, film morning, paslin dan oli. Dalam hal ini yang digunakan sebagai anti adesive dalam proses pembuatan komposit adalah vasielin (handbody) dapat dilihat pada Gambar 3.6.

3.2.4 Alat Pendukung Penelitian

Alat pendukung yang digunakan untuk pembuatan komposit berpenguat serat tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai berikut :

1. Timbangan digital (timbangan analitik)

Timbangan digital berfungsi untuk menimbang serat, timbangan ini terdapat di lab farmasi sanata dharma. Alasan penulis menggunakan timbangan digital atau timbangan analitik ini di karenakan keakuratan timbangan dalam membaca berat pada serat tanda kosong kelapa sawit.

Gambar 3.7 Timbangan digital (analitik) 2. Cetakan

Berfungsi untuk mempermuda pada saat pembutan komposit, sehingga hasil yang diinginkan dapat sesuai seperti yang diingkan.

3. Gelas ukur

Gelas ukur berfungsi untuk mengukur seberapa banyak resin yg akan dibutuhkan saat pembuatan komposit, dan juga untuk mempermudah pada saatpenuangan pada cetakan.

Gambar 3.9 Gelas ukur 1000 cc 4. Suntikan

Berfungsi untuk seberapa banyak katalis yang akan digunakan, agar banyak nya katalis yg diperluka tepat pada ukuran yang sudah ditentukan.

Gambar 3.10 suntikan 1 ml dan 3 ml 5. Sarung tangan

Berfungsi untuk melindungi tangan dari resin dan katalis pada saat pembuatan komposit.

Gambar 3.11 Sarung tangan karet 6. Sepatula kecil

Befungsi untuk meratakan resin pada saat resin dituang ke dalam cetakan, dan juga berfungsi untuk mengambil komposit dari dalam cetakan.

Gambar 3.12 Sepatula kecil

7. Kuas

Berfungsi untuk meratakan release agent di dalam cetakan.

8. Gunting

Berfungsi untuk memotong serat sesuai dengan ukurannya.

Gambar 3.14 Gunting 9. Gerinda

Berfungsi untuk memotong komposit sesuai dengan ukuran spesimen yang diinginkan.

Gambar 3.15 Gerinda 10. Penggaris

Berfungsi untuk mengukur serat sesuai pada ukuran yang sudah ditentukan.

11. Jangka sorong

Berfungsi untuk mengukur diameter serat.

Gambar 3.17 Jangka sorong 12. Oven

Berfungsi untuk membantu proses curing.

Gambar 3.18 Oven 13. Termokopel

Berfungsi untuk mengatur suhu ketika pada proses curing.

14. Mesin milling

Berfungsi untuk membentuk spesimen sesuai dengan ASTM yang sudah ditentukan.

Gambar 3.20 Mesin milling 15. Mesin uji tarik

Berfungsi untuk mengetahui sifat mekanis dari komposit yang telah dibuat.

3.3 Perhitungan Komposisi Serat

Komposisi dari komposit yang dibuat adalah menggunakan fraksi volume serat sebesar 4%, 6%, 8% serat TKKS, 95,6%, 93,6%, 91,6% resin polyester dan menggunakan katalis sebesar 0,4% untuk semua pencetakan. Perhitungan komposisi komposit dihitung berdasarkan perhitungan volume total cetakan, namun sebelumnya harus dicari massa jenis dari serat tandan kosong kelapa sawit terlebih dahulu. Di bawah ini adalah cara mencari massa jenis dan perhitungan yang dilakukan:

a. Langkah pertama dalam pembuatan benda uji komposit adalah dengan mencari massa jenis (



) serat tandan kosong kelapa sawit. Adapun metode perhitungan massa jenis (



) serat tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai berikut: 1. Memilin serat untuk mencari diameter

2. Menimbang massa serat tandan kosong kelapa sawit

3. Mengukur panjang serat tandan kosong kelapa sawit, sebelum nya sudah ditentukan terlebih dahulu panjang serat yang diinginkan yaitu 8 cm

4. Melakukan perhitungan volume serat tandan kosong kelapa sawit dengan rumusan sebagai berikut:

T D

v





2



4



Data hasil perhitungan massa jenis dapat dilihat pada Tabel 3.1 Tabel 3.1 Hasil perhitungan massa jenis No panjang

(mm) diameter (mm) massa (gr) volume (mm3) volume (cm3)

ρ (gr/cm3)

1 80 0,96 0,025 57,876 0,058 0,435

2 80 1,04 0,034 67,924 0,068 0,499

3 80 2,08 0,130 271,698 0,272 0,478

4 80 2,14 0,157 287,599 0,288 0,547

5 80 2,68 0,250 451,055 0,451 0,555

6 80 2,92 0,265 535,458 0,535 0,494

Menghitung massa jenis: V

m





3

279 , 0

144 , 0

cm gr

 

3

/

0,501gr cm

 Dimana:

m

= massa serat tandan kosong kelapa sawit



= jenis serat massa tandan kosong kelapa sawit

V = volume serat tandan kosong kelapa sawit

Dengan menggunakan rumus diatas, dari percobaan yang dilakukan berulang-ulang maka dapat didapatkan:



rata-rata serat TKKS= 0,501 gr/cm3

b. Langkah selanjutnya setelah mendapatkan massa jenis dari serat TKKS adalah menghitung komposisi serat tandan kosong kelapa sawit, resin dan katalis berdasarkan volume cetakan dan prosentase komposisi yang diinginkan. Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut:

1. Menghitung volume cetakan Dengan asumsi:

Volume cetakan = volume komposit total Vcet = Vkomp

Maka, volume komposit: Vkomp= 20 cm x 30 cm x 0,5 cm

= 300 cm3

2. Menghitung komposisi serat tandan kosong kelapa sawit, resin dan katalis

Serat = x 300 cm3

= 12 cm3 x 0,501 gr/cm3 = 6,012 gr

Resin = , x 300 cm3 = 286,8 cm3

= 286,8 ml

Katalis = , x 286,8 cm3 = 1,15 cm3

= 1,15 ml

 Untuk fraksi volume 6% serat tandan kosong kelapa sawit: Serat = x 300 cm3

= 18 cm3 x 0,501 gr/cm3 = 9,018 gr

Resin = , x 300 cm3

= 280,8 cm3

= 280,8 ml

Katalis = , x 280,8 cm3

= 1,12 cm3

= 1,12 ml

Untuk fraksi volume 8% serat tandan kosong kelapa sawit: Serat = x 300 cm3

= 24 cm3 x 0,501 gr/cm3 = 12,024 gr

Resin = , x 300 cm3 = 274,8 cm3 = 274,8 ml

Katalis = , x 274,8 cm3 = 1,09 cm3

= 1,09 ml

3.4 Pembuatan Benda Uji

3.4.1 Proses Pembuatan Komposit Resin (Polyester)

Dalam pembuatan benda uji resin mempunyai langkah-langkah sebagai berikut:

1. Proses pelapisan permukaan dan dinding cetakan dengan menggunakan

mirror glass, hal ini dilakukan untuk mempermudah pemisahan resin dari cerakan.

2. Resin dan katalis disiapkan sesuai dengan volume cetakan sebesar 300 ml menggunakan gelas ukur dan katalis sebesar 1,2 dengan menggunakan suntikan ukuran 3 ml.

3. Proses pencampuran resin dan katalis kedalam gelas ukur, campuran resin dan katalis diaduk hingga rata. Pengadukan ini harus dilakukan secara pelan namun teratur agar dapat tercampur dengan baik dan tidak terdapat gelembung, sebab gelembung yang timbul pada waktu proses pengadukan akan menimbulkan void pada matrik yang dicetak sehingga dapat mengurangi kekuatan dari bahan itu sendiri.

4. Setelah resin dan katalis tercampur dengan merata, adonan tersebut dituang dalam cetakan yang sudah disiapkan.

81

DAFTAR PUSTAKA

Annual book of ASTM D 638-02a (2002). Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. America Society for Testing Material. Philadelphia, PA.

Adiyono, Aloysius Lilik (1996). Pengaruh Suhu Curing Terhadap Komposit Polimer. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma Gibson, F.R., 1994, “Principles of Composite material Mechanis”, International

Edition”, McGraw-Hill Inc, New York.

Jamasri, Diharjo, K. Gunesti, W.H. 2005. “Kajian Sifat Tarik Komposit Serat Buah Acak Bermatrik Polymer”, Media Teknik FT-UGM.

Jones, R. M. 1975. Mechanics of Composite Materials. New York: Mc Graw Hill. Kamal, N. 2012. Karakterisasi Dan Potensi Pemanfaatan Limbah Sawit. Teknik

Kimia, ITENAS. Bandung

Kismono Hadi, Bambang, Mekanika Struktur Komposit, November 2000.

Maryanti Budha., A. As’ad Sonief., Slamet Wahyudi. (2011). Pengaruh Alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan Tarik, 123-129. Nugroho, G.Estu. (2017). Karakteristik Komposit Berpenguat Serat Tanda Kosong

Kelapa Sawit Menggunakan NaOH Dengan Fraksi Volume Serat 4%, 6% dan 8%. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Schwart, M.M. Composite Materials, Processing, Fabrication and Applications. New Jersey:

Prentince Hall PTR.

Supriadi, Harnowo. (2014) Pengaruh Perlakuan Alkalisasi terhadap Kekuatan Tarik Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit untuk Digunakan pada Komposit Serat TKKS. Fakultas Teknik Universitas Lampung. International, Inc.

Smith, W. F. 1996. Principles of Material Science and Engineering. Mc Graw Hill, Inc.

Surdia, Tata., & shiroku saito. (2005). Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: PT. Pradnya Paramita

Tamaela, Vinna Marcelia. (2016). Karakteristik Curing 800C dan 1000C Komposit Serat E-glass. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Van Vlack, L. H, 1992. “Ilmu dan Teknologi Bahan”. Edisi ke-5, Erlangga, Bandung

Yuniarti, M.A. 2011. Pengaruh Perlakuan Alkali, Fraksi Volume Serat Dan Panjang Serat Terhadap Kekuatan Tarik Skin Komposit Sandwich Berbahan Dasar Serat Tebu [skripsi]. Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret. Surakarta.

Zemasky, Sears. 2002. Fisika Universitas Edisi 10. Erlangga: Jakarta.

http://www.pabrikpupuk.com/jenis-pupuk-untuk-meningkatkan-hasil-sawit-yang-bagus/ http://devi-nuryadi.blogspot.co.id/2012/02/potential-biomass-of-oil-palm.html https://produkkelapa.wordpress.com/2010/11/30/cocosheet-serat-fiber-alami-dari-sabut-kelapa/ http://royalnapp.blogspot.co.id/2014/03/proses-curing-pada-composite_12.html http://wahyuandfriends.blogspot.co.id/2010/11/pengertian-komposit.html https://id.wikipedia.org/wiki/Katalis https://www.google.com/search?q=katalis&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved= 0ahUKEwijufup5zVAhViL8AKHSEUC3MQ_AUIBygC&biw=1366&bih=627#t bm=isch&q=uji+tarik

https://www.google.com/search?q=katalis&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved= 0ahUKEwijufup5zVAhViL8AKHSEUC3MQ_AUIBygC&biw=1366&bih=627#t bm=isch&q=release+agent

https://www.google.com/search?q=katalis&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved= 0ahUKEwi-jufup5zVAhViL8AKHSEUC3MQ_AUIBygC&biw=1366&bih=627 https://www.google.co.id/search?q=serat+tandan+kosong+kelapa+sawit&espv=2 &source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjP6J7o_ZnVAhUBErwKHUIx A_4Q_AUIBigB&biw=1366&bih=629#imgrc=_

84 LAMPIRAN

Hasil uji tarik komposit resin curing 800C

CR-1 CR-2

CR-3,4,5,6

0,5mm

Hasil uji tarik komposit serat 4% curing 800C

Hasil uji tarik komposit serat 6% curing 800C FR-1,2,3 FR-4,5,6

FR-1,2,3

FR-4,5,6

0,5mm _0,5mm

0,5mm

Hasil uji tarik komposit serat 8% curing 800C

(A) Hasil mencari diamater menggunakan mikroskop (B) Hasil pengujian tarik pada serat TKKS

FR-1,2,3 FR-4,5,6

0,5mm

0,5mm