TUGAS AKHIR KARAKTERISTIK Karakteristik Serat Kulit Waru Yang Disusun Laminasi Bermatrik Polyester Dengan Orientasi Serat (30ᴼ,35ᴼ,40ᴼ) Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanis.
TUGAS AKHIR
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (30ᴼ,35ᴼ,40ᴼ)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
DWI SISWANTO
NIM : D 200.10.0092
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
iv
v
HALAMAN MOTTO
Karena sesungguhnya allah akan mendatangkan kemudahan setelah kita ditimpa
kesusahan
(QS Al-insyiroh ayat 5-6)
Barang siapa yang mengajak orang lain untuk mengikuti petunjuk, niscaya akan
mendapatkan pahala yang sama dengan orang yang mengikutinya tanpa
mengurangi pahala mereka sedikitpun
(HR. Bukhori)
Raihlah ilmu,dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar
(Khalifa Umar)
vi
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (300,350,400)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Dwisiswanto, BibitSugito, Ngafwan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email :dwisiswanto546@yahoo.com
ABSTRAKSI
Penelitian komposit serat batang kulit waru ini bertujuan untuk mendiskripsikan
sifat fisis dan mekanis komposit serat batang kulit waru akibat variasi sudut dan
mendiskripsikan foto makro komposit serat batang kulit waru setelah dilakukan
pengujian tarik dan pengujian impki zod akibat variasi sudut.
Proses awal pemotongan kulit batang pohon waru dilanjutkan perendaman
batang kulit waru selama 1 bulan.Selanjutnya proses pengelupasan serat dari
batangnya diambil 2 lapis dari kulit. Pembilasan menggunakan bantuan air bersih.
Penjemuran dibawah sinar matahari sampai kering selanjutnya proses perendaman
KMnO4 5% per 1 liter aquades selama 2 jam.Penjemuran dibawah sinar matahari
sampai kering dilanjutkan proses oven hingga kadar air 10 PPM. Pembuatan
komposit dilakukan dengan metode Hand Lay-up,perbandingan serat 30%,orientasi
serat [-300 /300];[-350 / 350];[-400 / 400]. menggunakan resin polyester seri BQTN
157. Adapun proses pengujian yaitu pengujian tarik menggunakan standart ASTM
D3039-07 dan pengujian impak menggunakan standart ASTM D256-03 dengan
variasi sudut 300, 350, 400, serta mendriskripsikan kekuatan tarik, harga impak dan
foto makro komposit polyester serat batang .
Pengujian tarik Hasil pada komposit yang disusun simetri [-300/300],[-350/350],[550/550] kekuatan tarik maksimum terdapat pada komposit dengan sudut uji 300,
dimana kekuatan tariknya meningkat yaitu sebesar 54.645N/mm2 lebih besar dari
pada komposit dengan sudut uji 350,yaitu sebesar 37,105 N/mm2 dan 400,yaitu
sebesar 20,395 N/mm2. Sedangkan pada pengujian impak izod komposit yang
disusun simetri [-300/300 ],[-350350],[-400/400] komposit dengan sudut uji 300,dimana
energi yang diserap dan harga impak meningkat sebesar 2,534 J dan 0,00434
J/mm2 lebih besar dari komposit dengan sudut uji 35 0 yaitu sebesar 2,346 J dan
0,00402 J/mm2,pada sudut uji 400 yaitu sebesar 2,275 J dan 0,00390 J/mm2. Pada
foto makro pengujian tarik struktur patahan spesimen komposit bergelombang dan
tidak beraturan.Pada sudut uji 400 terjadi proses pembesaran void dan pull-out fiber
sangat mendominasi.Sedangkan pada foto makro pengujian impak izod hasil
struktur patahan komposit pada uji 300 terlihat bahwa specimen mengalami pull out
fiber.
Kata kunci : Serat Batang Kulit Waru, Resin polyester,
Komposit Laminasi,Variasi Sudut
vii
HIBISCUS BARK FIBER CHARACTERISTICS COMPILED BERMATRIK
POLYESTER LAMINATE ORIENTASI FIBER (300,350,400) TO THE PHYSICAL
AND MECHANICAL PROPERTIES
Dwisiswanto, BibitSugito, Ngafwan
Mechanical Engineering Universty Of Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email :dwisiswanto546@yahoo.com
ABSTRACTION
Research hibiscus bark fiber composite rod is intended to describe the physical
and mechanical properties of skin stem hibiscus fiber composites due to variation of
the angle and macro photographs describe fiber composite skin stem hibiscus after
testing tensile and izod impact testing due to variations in the angle.
Beginning the process of cutting the bark of the hibiscus tree trunk immersion
was continued for 1 month.Next hibiscus bark peeling process and sistem fibers
taken 2 layers of skin.Clean water rinse aid.The drying under the sun to dry
subsequent immersion process KMnO4 5% per 1 liter of distilled water for 2
hours.The drying in the sun until dry and continue the process of oven until the
moisture content of 10 PPM. Composite manufacturing is done by hand lay – up
method,fiber ratio 30%,fiber orientation [-300 /300];[-350 / 350];[-400 / 400]. Using
polyester resin series BQTN 157. As for the process of testing is test ASTM D303907 stadart tensile and impact testing using standrd ASTM D256-03 with the variation
of the angle 300, 350, 400,and describe the tensile strenght,impact prices and the
macro image composite polyester fiber trunk .
Tensile test results on a composite prepared symmetry [-300/300],[-350/350],[0
55 /550] the maxsimum tensile strenght contained in the composite with a test corner
300 , where the strenght of its increase in the amount of 54.645N/mm2 is large than
the composite with a test corner 350,amounting 37,105 N/mm2 and 400,amounting
20,395 N/mm2. Whereas the izod impact testing of composites prepared symmetry [300/300 ],[-350350],[-400/400] composites with a test corner 300,which energy is
absorbed and impact prices increased by 2,534 J and 0,00434 J/mm2 greter than the
composite with a test corner 350 is equal 2,346 J and 0,00402 J/mm2,the test angle
400 is equal to 2,275 J and 0,00390 J/mm2. The macro image tensile test specimens
fault structure composite bumpy and irregular.At an angle of 40 0 trials going on the
enlargement process void and pull out the fiber is dominating .Whereas the macro
image izod impact testing results of composite fault structure on 300 test specimens
seen that the pull – out of fiber .
Keywords
: Hibiscus Bark Fiber Trunk, Polyester Resin,
Composite Laminates, Angle Variation.
viii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya, bangga, haru,
serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun
rintangan dalam perjuangan yang panjang, saya persembahkan tugas akhir ini
kepada :
1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi dukungan secara
finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu sampai mengantarkan saya
sebagai seorang sarjana Teknik Mesin.
2. Semua sahabat - sahabatku, Ervan Effendi, Novan, Agus, Dedhi, Bayu, Afif,
Fariz,
Shodiqin
yang
selalu
membantu
dan
memberi
solusi
dalam
menyelesaikan proses tugas akhir sampai selesai.
3. Seluruh keluarga besarku, terima kasih atas semua dukungan dan semangatnya
yang selalu saya dengar setiap waktu.
4. Semua teman – temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk menyelesaikan tugas
akhir saya.
ix
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas segala rahmat dan
nikmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas
akhir berjudul “KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN
LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (300,350,400)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS” dapat terselesaikan atas dukungan dari
berbagai pihak. Untuk itu dlam kesempatan ini saya selaku penulis dengan segala
hormat dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan
sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen pembimbing I yang telah membimbing
serta bersedia meluagkan waktunya untuk memberikan arahan dan penjelasan
dalam penulisan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir.Ngafwan, MT selaku Dosen pembimbing II yang telah bersedia
memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini
5. Bapak Ir. Masyrukan, MT, selaku Dosen penguji yang telah memberikan arahan
dalam penyusunan Tugas Akhir.
6. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
yang membantu kelancaran Tugas Akhir.
7. Bapak dan ibuk tercinta yang selalu memberikan doa beserta dukungannya,
perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa.
x
8. Teman – teman angakatan 2010 yang banyak memberikan motivasi dan
semangat bagi penulis.
9. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan terimakasih atas dukungannya.
Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik
dan saran bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang
hati dan penulis ucapkan banyak terima kasih. Semoga semua amal baik yang
diberikan semua pihak kepada penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan
sempurna dari Allah SWT.
Surakarta,
Maret 2016
DWI SISWANTO
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ........................................................... v
HALAMAN MOTTO .............................................................................. vi
ABSTRAKSI ...... .................................................................................. vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... ix
KATA PENGANTAR............................................................................. x
DAFTAR ISI ......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xv
DAFTAR TABEL .................................................................................. xviii
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ xix
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .................................................................. 1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................. 3
1.3. Batasan Masalah .............................................................. 3
1.4. Manfaat Penelitian............................................................. 4
BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...................... 6
2.1. Tinjauan Pustaka .............................................................. 6
2.2. Landasan Teori ................................................................. 9
2.2.1.
Komposit............................................................... 9
xii
2.2.2.
Klasifikasi Komposit .............................................. 12
2.2.3.
Faktor Ikatan Fiber – Matrik .................................. 16
2.2.4.
Matrik .................................................................... 17
2.2.5.
Serat ..................................................................... 21
2.2.6.
Perlakuan Alkali (KMnO4) ..................................... 23
2.2.7.
Uji Density ............................................................ 24
2.2.8.
Fraksi Volume Komposit ....................................... 26
2.2.9.
Pengujian Kekuatan Tarik................. …………….. 27
2.2.10. Kurva Tegangan Regangaan Komposit Berpenguat Serat
........................................................................
31
2.2.11. Patahan (Fracture) ............................................... 33
2.2.12. Pengujian Kekuatan Impak………………………… 37
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 41
3.1. Diagram Aril Penelitian ...................................................... 41
3.2. Prosedur Penelitian ........................................................... 42
3.2.1.
Studi Pustaka ....................................................... 42
3.2.2.
Studi Lapangan .................................................... 42
3.2.3.
Persiapan Alat ...................................................... 42
3.2.4.
Persiapan Bahan .................................................. 43
3.2.5.
Pengambilan Serat Batang Kulit Waru ................. 44
3.2.6.
Perendaman Dan Pengeringan Serat Tahap
Pertama ................................................................ 44
3.2.7.
Pencucian Serat Menggunakan Cairan Kimia
KMnO4 .................................................................. 45
3.2.8.
Pengeringan Serat Tahap Kedua ......................... 46
3.2.9.
Pemotongan Serat ................................................ 47
3.2.10. Pengovenan Serat ................................................ 47
3.2.11. Pengecekan Kadar Air Dalam Serat ..................... 48
3.2.12. Pembuatan Komposit ........................................... 49
3.2.13. Pengujian Tarik ..................................................... 53
xiii
3.2.14. Pengujian Impak Izod ........................................... 53
3.2.15. Foto Makro ........................................................... 55
3.3. Bahan dan Alat .................................................................. 56
3.3.1.
Bahan ................................................................... 56
3.3.2.
Peralatan pendukung ........................................... 58
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................. 63
4.1. Data Hasil Pengujian ......................................................... 63
4.1.1.
Pengujian Tarik ..................................................... 63
4.1.2.
Pembahasan Pengujian Tarik ............................... 70
4.1.3.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 71
4.1.4.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 73
4.1.5.
Pengujian Impak Izod ........................................... 74
4.1.6.
Pembahasan Pengujian Impak Izod ..................... 80
4.1.7.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 80
4.1.8.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 82
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 84
5.1. Kesimpulan ....................................................................... 84
5.2. Saran......... ....................................................................... 85
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Komposisi Komposit ........................................................ 9
Gambar 2.2. Skema Uji densty…. ........................................................ 26
Gambar 2.3. Geometri spesimen Uji Tarik (ASTM D 3039-07) ............ 27
Gambar 2.4. Kurva Tegangan Regangan ............................................ 28
Gambar 2.5. Sifat Komposit Pada Pengujian Tarik…………………….. 30
Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan Komposit Fiber Failur
Mode ............................................................................. 31
Gambar 2.7. Kurva Teganggan Reganggan Komposit Fiber Failur
Mode………………………………………………………… 32
Gambar 2.8. Skematik Patah Liat ........................................................ 35
Gambar 2.9. Tahap Pada Patahan Cawan dan Kerucut ...................... 36
Gambar 2.10. Skematik Patah Getas ................................................... 37
Gambar 2.11. Spesimen Yang Digunakan Untuk Pengujian Impak ..... 39
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................... 41
Gambar 3.2. Pengambilan Serat Batang Kulit Waru ........................... 44
Gambar 3.3. Penjemuran Serat Batang Kulit Waru
Tahap Pertama ............................................................... 45
Gambar 3.4. Pencucian Serat Menggunakan Larutan KMnO4 ............. 46
Gambar 3.5. Penjemuran Serat Batang Kulit Waru
Tahap Kedua................................................................... 46
Gambar 3.6. Pemotongan Serat .......................................................... 47
Gambar 3.7. Proses Pengovenan Serat............................................... 47
Gambar 3.8. Proses Pengecekan Kadar Air Menguunakan TDS Meter
(Hold) Water Quality Tester............................................. 48
xv
Gambar 3.9. Geometri Spesimen Pengujian Tarik Standart ASTM
D3039-07 ........................................................................ 49
Gambar 3.10. Geometri Spesimen Pengujian Imak izod Standart ASTM
D256-03 .......................................................................... 49
Gambar 3.11. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Tarik ............................ 50
Gambar 3.12. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Impak Izod ................... 51
Gambar 3.13. Alat Foto Makro Dino Lite .............................................. 55
Gambar 3.14. Serat Batang Kulit Waru ................................................ 56
Gambar 3.15. Resin dan Katalis MEKPO............................................. 57
Gambar 3.16. Kalium Permangate (KMnO4) ........................................ 58
Gambar 3.17. Timbangan Digital ......................................................... 59
Gambar 3.18. Cetakan Serat ............................................................... 59
Gambar 3.19. Kaca .............................................................................. 60
Gambar 3.20. Alat Suntik ..................................................................... 60
Gambar 3.21. Kantong Plastik ............................................................. 61
Gambar 3.22. Oven .............................................................................. 61
Gambar 3.23. Jangka Sorong .............................................................. 62
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan Pada Sudut (300 ) ............................. 65
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan Pada Sudut (350) ............................ 66
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan Pada Sudut (400).............................. 67
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan .......................................................... 68
Gambar 4.5. Histogram Rata – rata Tegangan Tarik……………………..68
xvi
Gambar 4.6. Histogram Rata – rata Regangan Tarik ........................... 69
Gambar 4.7. Histogram Modulus Elastisitas Dengan Sudut ................. 69
Gambar 4.8. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 300 Dengan Pembesaran 50x ................ 71
Gambar 4.9. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 350 Degan Pembesaran 50x .................. 72
Gambar 4.10. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut 400 Pembesaran 50x………………………
72
Gambar 4.11. Histogram Rata – rata Energi Yang Diserap………..…
78
Gambar 4.12. Histogram Rata – rata Harga Impak................................ 79
Gambar 4.13. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod
Pada Sudut Uji 300 Pembesaran 50x…………………… 81
Gambar 4.14. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod
Pada Sudut Uji 350 Pembesaran 50x…………………….. 81
Gambar 4.15.Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod
Pada Sudut Uji 400 Pmbesaran 50x………………………. 82
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian Dari Komposit Komersial .......... 10
Tabel 2.2. Karakteristik Unsaturated Polyester Yukalac 157® BQTNEX ....................................................................................... 20
Tabel 2.3. Komposisi Unsur Kimia Serat Alam ..................................... 23
Tabel 2.4. Tensile Properties of Various Fiber ..................................... 24
Tabel 4.1. Geometri Pengujian Tarik ASTM D3039-07 ........................ 63
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Pada Variasi Sudut (300,350,400)...... 64
Tabel 4.3. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (30 0).. 65
Tabel 4.4. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (350).. 66
Tabel 4.5. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (40 0).. 67
Tabel 4.6. Geometri Pengujian Impak Izod ASTM D256-03................. 75
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Impak Izod Variasi Sudut (30 0,350,400) ..... 76
Tabel 4.8. Hasil Pengolahan Data Rata-rata Energi Yang Diserap
Pengujian Impak Izod Dengan Sudut Uji (300,350,400,)…… 77
Tabel 4.9. Hasil Pengolahan Data Rata-rata Harga Impak Izod
Dengan Sudut Uji (300,350,400,)……………………………… 78
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Tarik
2. Hasil Perhitungan Tarik
3. Uji density
4. Standart Pengujian tarik
5. Standart pengujian impak izod
xix
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (30ᴼ,35ᴼ,40ᴼ)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
DWI SISWANTO
NIM : D 200.10.0092
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
iv
v
HALAMAN MOTTO
Karena sesungguhnya allah akan mendatangkan kemudahan setelah kita ditimpa
kesusahan
(QS Al-insyiroh ayat 5-6)
Barang siapa yang mengajak orang lain untuk mengikuti petunjuk, niscaya akan
mendapatkan pahala yang sama dengan orang yang mengikutinya tanpa
mengurangi pahala mereka sedikitpun
(HR. Bukhori)
Raihlah ilmu,dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar
(Khalifa Umar)
vi
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (300,350,400)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Dwisiswanto, BibitSugito, Ngafwan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email :dwisiswanto546@yahoo.com
ABSTRAKSI
Penelitian komposit serat batang kulit waru ini bertujuan untuk mendiskripsikan
sifat fisis dan mekanis komposit serat batang kulit waru akibat variasi sudut dan
mendiskripsikan foto makro komposit serat batang kulit waru setelah dilakukan
pengujian tarik dan pengujian impki zod akibat variasi sudut.
Proses awal pemotongan kulit batang pohon waru dilanjutkan perendaman
batang kulit waru selama 1 bulan.Selanjutnya proses pengelupasan serat dari
batangnya diambil 2 lapis dari kulit. Pembilasan menggunakan bantuan air bersih.
Penjemuran dibawah sinar matahari sampai kering selanjutnya proses perendaman
KMnO4 5% per 1 liter aquades selama 2 jam.Penjemuran dibawah sinar matahari
sampai kering dilanjutkan proses oven hingga kadar air 10 PPM. Pembuatan
komposit dilakukan dengan metode Hand Lay-up,perbandingan serat 30%,orientasi
serat [-300 /300];[-350 / 350];[-400 / 400]. menggunakan resin polyester seri BQTN
157. Adapun proses pengujian yaitu pengujian tarik menggunakan standart ASTM
D3039-07 dan pengujian impak menggunakan standart ASTM D256-03 dengan
variasi sudut 300, 350, 400, serta mendriskripsikan kekuatan tarik, harga impak dan
foto makro komposit polyester serat batang .
Pengujian tarik Hasil pada komposit yang disusun simetri [-300/300],[-350/350],[550/550] kekuatan tarik maksimum terdapat pada komposit dengan sudut uji 300,
dimana kekuatan tariknya meningkat yaitu sebesar 54.645N/mm2 lebih besar dari
pada komposit dengan sudut uji 350,yaitu sebesar 37,105 N/mm2 dan 400,yaitu
sebesar 20,395 N/mm2. Sedangkan pada pengujian impak izod komposit yang
disusun simetri [-300/300 ],[-350350],[-400/400] komposit dengan sudut uji 300,dimana
energi yang diserap dan harga impak meningkat sebesar 2,534 J dan 0,00434
J/mm2 lebih besar dari komposit dengan sudut uji 35 0 yaitu sebesar 2,346 J dan
0,00402 J/mm2,pada sudut uji 400 yaitu sebesar 2,275 J dan 0,00390 J/mm2. Pada
foto makro pengujian tarik struktur patahan spesimen komposit bergelombang dan
tidak beraturan.Pada sudut uji 400 terjadi proses pembesaran void dan pull-out fiber
sangat mendominasi.Sedangkan pada foto makro pengujian impak izod hasil
struktur patahan komposit pada uji 300 terlihat bahwa specimen mengalami pull out
fiber.
Kata kunci : Serat Batang Kulit Waru, Resin polyester,
Komposit Laminasi,Variasi Sudut
vii
HIBISCUS BARK FIBER CHARACTERISTICS COMPILED BERMATRIK
POLYESTER LAMINATE ORIENTASI FIBER (300,350,400) TO THE PHYSICAL
AND MECHANICAL PROPERTIES
Dwisiswanto, BibitSugito, Ngafwan
Mechanical Engineering Universty Of Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email :dwisiswanto546@yahoo.com
ABSTRACTION
Research hibiscus bark fiber composite rod is intended to describe the physical
and mechanical properties of skin stem hibiscus fiber composites due to variation of
the angle and macro photographs describe fiber composite skin stem hibiscus after
testing tensile and izod impact testing due to variations in the angle.
Beginning the process of cutting the bark of the hibiscus tree trunk immersion
was continued for 1 month.Next hibiscus bark peeling process and sistem fibers
taken 2 layers of skin.Clean water rinse aid.The drying under the sun to dry
subsequent immersion process KMnO4 5% per 1 liter of distilled water for 2
hours.The drying in the sun until dry and continue the process of oven until the
moisture content of 10 PPM. Composite manufacturing is done by hand lay – up
method,fiber ratio 30%,fiber orientation [-300 /300];[-350 / 350];[-400 / 400]. Using
polyester resin series BQTN 157. As for the process of testing is test ASTM D303907 stadart tensile and impact testing using standrd ASTM D256-03 with the variation
of the angle 300, 350, 400,and describe the tensile strenght,impact prices and the
macro image composite polyester fiber trunk .
Tensile test results on a composite prepared symmetry [-300/300],[-350/350],[0
55 /550] the maxsimum tensile strenght contained in the composite with a test corner
300 , where the strenght of its increase in the amount of 54.645N/mm2 is large than
the composite with a test corner 350,amounting 37,105 N/mm2 and 400,amounting
20,395 N/mm2. Whereas the izod impact testing of composites prepared symmetry [300/300 ],[-350350],[-400/400] composites with a test corner 300,which energy is
absorbed and impact prices increased by 2,534 J and 0,00434 J/mm2 greter than the
composite with a test corner 350 is equal 2,346 J and 0,00402 J/mm2,the test angle
400 is equal to 2,275 J and 0,00390 J/mm2. The macro image tensile test specimens
fault structure composite bumpy and irregular.At an angle of 40 0 trials going on the
enlargement process void and pull out the fiber is dominating .Whereas the macro
image izod impact testing results of composite fault structure on 300 test specimens
seen that the pull – out of fiber .
Keywords
: Hibiscus Bark Fiber Trunk, Polyester Resin,
Composite Laminates, Angle Variation.
viii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya, bangga, haru,
serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun
rintangan dalam perjuangan yang panjang, saya persembahkan tugas akhir ini
kepada :
1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi dukungan secara
finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu sampai mengantarkan saya
sebagai seorang sarjana Teknik Mesin.
2. Semua sahabat - sahabatku, Ervan Effendi, Novan, Agus, Dedhi, Bayu, Afif,
Fariz,
Shodiqin
yang
selalu
membantu
dan
memberi
solusi
dalam
menyelesaikan proses tugas akhir sampai selesai.
3. Seluruh keluarga besarku, terima kasih atas semua dukungan dan semangatnya
yang selalu saya dengar setiap waktu.
4. Semua teman – temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk menyelesaikan tugas
akhir saya.
ix
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas segala rahmat dan
nikmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas
akhir berjudul “KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN
LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (300,350,400)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS” dapat terselesaikan atas dukungan dari
berbagai pihak. Untuk itu dlam kesempatan ini saya selaku penulis dengan segala
hormat dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan
sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku jurusan Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen pembimbing I yang telah membimbing
serta bersedia meluagkan waktunya untuk memberikan arahan dan penjelasan
dalam penulisan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir.Ngafwan, MT selaku Dosen pembimbing II yang telah bersedia
memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini
5. Bapak Ir. Masyrukan, MT, selaku Dosen penguji yang telah memberikan arahan
dalam penyusunan Tugas Akhir.
6. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
yang membantu kelancaran Tugas Akhir.
7. Bapak dan ibuk tercinta yang selalu memberikan doa beserta dukungannya,
perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa.
x
8. Teman – teman angakatan 2010 yang banyak memberikan motivasi dan
semangat bagi penulis.
9. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan terimakasih atas dukungannya.
Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik
dan saran bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang
hati dan penulis ucapkan banyak terima kasih. Semoga semua amal baik yang
diberikan semua pihak kepada penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan
sempurna dari Allah SWT.
Surakarta,
Maret 2016
DWI SISWANTO
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ........................................................... v
HALAMAN MOTTO .............................................................................. vi
ABSTRAKSI ...... .................................................................................. vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... ix
KATA PENGANTAR............................................................................. x
DAFTAR ISI ......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xv
DAFTAR TABEL .................................................................................. xviii
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ xix
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .................................................................. 1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................. 3
1.3. Batasan Masalah .............................................................. 3
1.4. Manfaat Penelitian............................................................. 4
BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...................... 6
2.1. Tinjauan Pustaka .............................................................. 6
2.2. Landasan Teori ................................................................. 9
2.2.1.
Komposit............................................................... 9
xii
2.2.2.
Klasifikasi Komposit .............................................. 12
2.2.3.
Faktor Ikatan Fiber – Matrik .................................. 16
2.2.4.
Matrik .................................................................... 17
2.2.5.
Serat ..................................................................... 21
2.2.6.
Perlakuan Alkali (KMnO4) ..................................... 23
2.2.7.
Uji Density ............................................................ 24
2.2.8.
Fraksi Volume Komposit ....................................... 26
2.2.9.
Pengujian Kekuatan Tarik................. …………….. 27
2.2.10. Kurva Tegangan Regangaan Komposit Berpenguat Serat
........................................................................
31
2.2.11. Patahan (Fracture) ............................................... 33
2.2.12. Pengujian Kekuatan Impak………………………… 37
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 41
3.1. Diagram Aril Penelitian ...................................................... 41
3.2. Prosedur Penelitian ........................................................... 42
3.2.1.
Studi Pustaka ....................................................... 42
3.2.2.
Studi Lapangan .................................................... 42
3.2.3.
Persiapan Alat ...................................................... 42
3.2.4.
Persiapan Bahan .................................................. 43
3.2.5.
Pengambilan Serat Batang Kulit Waru ................. 44
3.2.6.
Perendaman Dan Pengeringan Serat Tahap
Pertama ................................................................ 44
3.2.7.
Pencucian Serat Menggunakan Cairan Kimia
KMnO4 .................................................................. 45
3.2.8.
Pengeringan Serat Tahap Kedua ......................... 46
3.2.9.
Pemotongan Serat ................................................ 47
3.2.10. Pengovenan Serat ................................................ 47
3.2.11. Pengecekan Kadar Air Dalam Serat ..................... 48
3.2.12. Pembuatan Komposit ........................................... 49
3.2.13. Pengujian Tarik ..................................................... 53
xiii
3.2.14. Pengujian Impak Izod ........................................... 53
3.2.15. Foto Makro ........................................................... 55
3.3. Bahan dan Alat .................................................................. 56
3.3.1.
Bahan ................................................................... 56
3.3.2.
Peralatan pendukung ........................................... 58
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................. 63
4.1. Data Hasil Pengujian ......................................................... 63
4.1.1.
Pengujian Tarik ..................................................... 63
4.1.2.
Pembahasan Pengujian Tarik ............................... 70
4.1.3.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 71
4.1.4.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 73
4.1.5.
Pengujian Impak Izod ........................................... 74
4.1.6.
Pembahasan Pengujian Impak Izod ..................... 80
4.1.7.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 80
4.1.8.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 82
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 84
5.1. Kesimpulan ....................................................................... 84
5.2. Saran......... ....................................................................... 85
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Komposisi Komposit ........................................................ 9
Gambar 2.2. Skema Uji densty…. ........................................................ 26
Gambar 2.3. Geometri spesimen Uji Tarik (ASTM D 3039-07) ............ 27
Gambar 2.4. Kurva Tegangan Regangan ............................................ 28
Gambar 2.5. Sifat Komposit Pada Pengujian Tarik…………………….. 30
Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan Komposit Fiber Failur
Mode ............................................................................. 31
Gambar 2.7. Kurva Teganggan Reganggan Komposit Fiber Failur
Mode………………………………………………………… 32
Gambar 2.8. Skematik Patah Liat ........................................................ 35
Gambar 2.9. Tahap Pada Patahan Cawan dan Kerucut ...................... 36
Gambar 2.10. Skematik Patah Getas ................................................... 37
Gambar 2.11. Spesimen Yang Digunakan Untuk Pengujian Impak ..... 39
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................... 41
Gambar 3.2. Pengambilan Serat Batang Kulit Waru ........................... 44
Gambar 3.3. Penjemuran Serat Batang Kulit Waru
Tahap Pertama ............................................................... 45
Gambar 3.4. Pencucian Serat Menggunakan Larutan KMnO4 ............. 46
Gambar 3.5. Penjemuran Serat Batang Kulit Waru
Tahap Kedua................................................................... 46
Gambar 3.6. Pemotongan Serat .......................................................... 47
Gambar 3.7. Proses Pengovenan Serat............................................... 47
Gambar 3.8. Proses Pengecekan Kadar Air Menguunakan TDS Meter
(Hold) Water Quality Tester............................................. 48
xv
Gambar 3.9. Geometri Spesimen Pengujian Tarik Standart ASTM
D3039-07 ........................................................................ 49
Gambar 3.10. Geometri Spesimen Pengujian Imak izod Standart ASTM
D256-03 .......................................................................... 49
Gambar 3.11. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Tarik ............................ 50
Gambar 3.12. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Impak Izod ................... 51
Gambar 3.13. Alat Foto Makro Dino Lite .............................................. 55
Gambar 3.14. Serat Batang Kulit Waru ................................................ 56
Gambar 3.15. Resin dan Katalis MEKPO............................................. 57
Gambar 3.16. Kalium Permangate (KMnO4) ........................................ 58
Gambar 3.17. Timbangan Digital ......................................................... 59
Gambar 3.18. Cetakan Serat ............................................................... 59
Gambar 3.19. Kaca .............................................................................. 60
Gambar 3.20. Alat Suntik ..................................................................... 60
Gambar 3.21. Kantong Plastik ............................................................. 61
Gambar 3.22. Oven .............................................................................. 61
Gambar 3.23. Jangka Sorong .............................................................. 62
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan Pada Sudut (300 ) ............................. 65
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan Pada Sudut (350) ............................ 66
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan Pada Sudut (400).............................. 67
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata
Dengan Regangan .......................................................... 68
Gambar 4.5. Histogram Rata – rata Tegangan Tarik……………………..68
xvi
Gambar 4.6. Histogram Rata – rata Regangan Tarik ........................... 69
Gambar 4.7. Histogram Modulus Elastisitas Dengan Sudut ................. 69
Gambar 4.8. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 300 Dengan Pembesaran 50x ................ 71
Gambar 4.9. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 350 Degan Pembesaran 50x .................. 72
Gambar 4.10. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut 400 Pembesaran 50x………………………
72
Gambar 4.11. Histogram Rata – rata Energi Yang Diserap………..…
78
Gambar 4.12. Histogram Rata – rata Harga Impak................................ 79
Gambar 4.13. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod
Pada Sudut Uji 300 Pembesaran 50x…………………… 81
Gambar 4.14. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod
Pada Sudut Uji 350 Pembesaran 50x…………………….. 81
Gambar 4.15.Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod
Pada Sudut Uji 400 Pmbesaran 50x………………………. 82
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian Dari Komposit Komersial .......... 10
Tabel 2.2. Karakteristik Unsaturated Polyester Yukalac 157® BQTNEX ....................................................................................... 20
Tabel 2.3. Komposisi Unsur Kimia Serat Alam ..................................... 23
Tabel 2.4. Tensile Properties of Various Fiber ..................................... 24
Tabel 4.1. Geometri Pengujian Tarik ASTM D3039-07 ........................ 63
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Pada Variasi Sudut (300,350,400)...... 64
Tabel 4.3. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (30 0).. 65
Tabel 4.4. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (350).. 66
Tabel 4.5. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (40 0).. 67
Tabel 4.6. Geometri Pengujian Impak Izod ASTM D256-03................. 75
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Impak Izod Variasi Sudut (30 0,350,400) ..... 76
Tabel 4.8. Hasil Pengolahan Data Rata-rata Energi Yang Diserap
Pengujian Impak Izod Dengan Sudut Uji (300,350,400,)…… 77
Tabel 4.9. Hasil Pengolahan Data Rata-rata Harga Impak Izod
Dengan Sudut Uji (300,350,400,)……………………………… 78
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Tarik
2. Hasil Perhitungan Tarik
3. Uji density
4. Standart Pengujian tarik
5. Standart pengujian impak izod
xix