TUGAS AKHIR Rekayasa Dan Manufaktur Komposit Sandwich Berpenguat Serat Kelapa Bermatrik Epoxy Dengan Core Berpenguat Serat Kelapa Bermatrik Gypsum.

TUGAS AKHIR

REKAYASA DAN MANUFAKTUR KOMPOSIT
SANDWICH BERPENGUAT SERAT KELAPA
BERMATRIK EPOXY DENGAN CORE
BERPENGUAT SERAT KELAPA BERMATRIK
GYPSUM

Tugas Akhir ini Disusun Guna Memperoleh Gelar
Sarjana Strata Satu Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :
TRIYONO
NIM : D.200.06.0109

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2013

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
“REKAYASA DAN MANUFAKTUR KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT
KELAPA BERMATRIK EPOXY DENGAN CORE BERPENGUAT SERAT KELAPA
BERMATRIK GYPSUM” Yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh
gelar

sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau
duplikasi dari skripsi yang
mendapatkan

gelar

sudah dipublikasikan

kesarjanaan

di

lingkungan

dan pernah dipakai untuk
Universitas Muhammadiyah

Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya
cantumkan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 28 Maret 2013
Yang menyatakan,

Triyono

iii

MOTTO

”karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan,

maka apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah dengan sungguhsungguh urusan yang lain.
Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap”
(Q.S Alam Nasyarah : 6-8)
”Jadilah manusia yang tangguh menghadapi berbagai cobaan. Dan hiasilah dirimu
dengan sifat ramah dan setia.”
(Penulis)

“Tidak mendapat ilmu bagi orang yang tidak mempunyai kemauan.”
(Penulis)

iv

PERSEMBAHAN

Sujud syukurku pada-Mu Illahi Robbi yang senantiasa memberikan
kemudahan bagi hamba-Nya yang mau berusaha. Petunjuk dan
bimbingan-Mu selama hamba menuntut ilmu diperantauan berbuah karya
sederhana ini yang kupersembahkan kepada :

 Agamaku yang telah mengenalkan aku kepada ALLAH SWT serta RosulNya danmengarahkan jalan dari gelap-gulita menuju terang benderang,

terimakasih ALLAH atas ridhonya hingga saya dapat menyelesaikan
tugas

akhir

ini,

walaupun

kadang

keluar

dari

jalan yang Engkau

tetapkan.
(“Engkau yang mendengar do’aku dan mengabulkan jerih payahku”).
 Ayah dan Ibu tercinta, dengan do’a dan kasih sayang tulusnya selalu

senantiasa memberikan kekuatan dalam setiap langkah ananda, terima
kasih atas semua pengorbanan yang tidak ternilai harganya.

 Saudara-saudaraku yang selalu memberikanku do’a, inpirasi maupun
dukungan kepadaku.
 Seseorang yang semoga kelak akan menjadi pendampingku, yang telah
memberikanku inspirasi, motivasi, dan kesetiaan.
 Almamater Fakultas Teknik UMS.

v

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan
rahmat-Nya sehingga penyusun laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas

Akhir

berjudul

”REKAYASA

DAN

MANUFAKTUR

KOMPOSIT

SANDWICH BERPENGUAT SERAT KELAPA BERMATRIK EPOXY DENGAN
CORE

BERPENGUAT

SERAT

KELAPA

BERMATRIK

GYBSUM

”,

dapat

terselesaikan atas dukungan dari pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis
dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima
kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Widodo, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak

Ir. Agus Hariyanto, MT selaku Dosen Pembimbing I yang telah

membimbing, mengarahkan, memberikan petunjuk dalam penyusunan Tugas
Akhir ini dengan sangat perhatian, baik, sabar dan ramah.

4. Bapak Ir. Masyrukan, MT, selaku Dosen Pembimbing II yang telah
membimbing, mengarahkan, memberikan petunjuk dalam penyusunan
Tugas Akhir ini dengan sangat perhatian, baik, sabar dan ramah.
5. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah
memberikan

ilmu

pengetahuan

kepada

penulis

selama mengikuti kegiatan

kuliah.
6. Bapak dan Ibu tercinta yang setiap malam selalu mendoakan,
memberikan semangat dan dorongan, serta terima kasih atas semua nasehat,
bimbingan, dan pengorbananmu selama ini sehingga penulis

terpacu untuk menyelesaikan skripsi ini. Semua do’a dan kasih sayang
yang tulus ini akan selalu mengiringi langkahku”
vi

7. Kakak -k a kakku yang slalu memberikan semangat, bantuan dan pengertiannya
selama ini.
8. Teman-teman seperjuangan, terima kasih atas segala suka duka yang mewarnai
sebagian hari-hari penulis, semoga persaudaraan ini bisa berlangsung lebih lama
lagi. Amiin.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna,
oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca akan penulis
terima dengan senang hati.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb

Surakarta, 28 Maret 2013

Penulis

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL....................................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ..........................................................ii
HALAMAN PERSETUJUAN....................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ................................................................. v
MOTTO ......................................................................................................vi
PERSEMBAHAN ....................................................................................... vii
ABSTRAKSI ............................................................................................. viii
KATA PENGANTAR...................................................................................ix
DAFTAR ISI ...............................................................................................xi
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................xiv
DAFTAR TABEL...................................................................................... xvii
DAFTAR SIMBUL..................................................................................... xix
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................ xxi
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah .......................................................... 1
1.2. Tujuan Penelitian .......................................................... 2
1.3. Manfaat Penelitian ................................................................... 3

1.4. Batasan Masalah ..................................................................... 3
viii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka ..........................................................................................................................5
2.2. Landasan Teori....................................................................... 6
2.2.1. Komposit ....................................................................... 6
2.2.2. Serat .............................................................................. 7
2.2.3. Serat Kelapa.................................................................. 8
2.2.4. Matrik ............................................................................ 9
2.2.4.1. Epoxy............................................................. 15
2.2.4.2. Gypsum ......................................................... 16
2.2.5. Sandwich..................................................................... 17
2.2.6. Penyusun Sandwich .................................................... 18
2.2.6.1. Face atau skin ............................................... 18
2.2.6.2. Core ............................................................... 19
2.2.6.3. Adhesive ........................................................ 19
2.2.7. Fraksi Volum Serat ...................................................... 19
2.2.8. Densitas ...................................................................... 20
2.2.9. Pengujian .................................................................... 21
2.2.9.1. Uji Bending .................................................... 21
2.2.9.2. Uji Impak charpy ............................................ 26
2.2.9.3. Uji Geser ........................................................ 28
2.2.9.4. Uji Kestabilan Dimensi ................................... 30

ix

2.2.9.5. Uji Densitas.................................................... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir ............................................................................ 32
3.2. Survey Lapangan dan study literature ................................... 33
3.3. Penyiapan Bahan dan alat ..................................................... 33
3.4. Pembuatan Komposit ............................................................. 39
3.5. Pengujian Komposit ............................................................... 43
3.6. Hasil........................................................................................ 48
3.7. Analisa Data dan Pembahasan .............................................. 48
3.8. Kesimpulan ............................................................................. 48
BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Bending ................................................................ 49
4.1.1. Data Hasil Pengujian Bending ...................................... 49
4.1.2. Pembahasan Pengujian Bending ................................ 52
4.1.3. Foto Patahan Bending ................................................. 54
4.1.4. Pembahasan foto makro patahan bending .................. 55
4.2. Pengujian Geser .................................................................... 56
4.2.1. Data Hasil Pengujian Geer .......................................... 56
4.2.2. Pembahasan Pengujian Geser ................................... 58
4.3. Pengujian Impak .................................................................... 59
4.3.1. Data Hasil Pengujian Impak ....................................... 59

x

4.3.2. Pembahasan Pengujian Impak .................................... 60
4.3.3. Foto Patahan Impak .................................................... 61
4.3.4. Pembahasan Foto Makro Patahan Impak ................... 62
4.4. Pengujian Densitas................................................................ 62
4.4.1. Data Hasil Pengujian Densitas serat .......................... 61
4.4.2. Pembahasan Pengujian Densitas serat ...................... 62
4.4.3. Data Hasil Pengujian Densitas .................................... 62
4.4.4. Pembahasan Pengujian Densitas ............................... 63
4.5. Pengujian Kestabilan Dimensi ............................................... 64
4.5.1. Data Hasil Pengujian Kestabilan Dimensi ................... 64
4.5.2. Pembahasan kestabilan Dimensi ................................ 66
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.

Kesimpulan .......................................................................... 70

5.2. Saran .................................................................................... 71
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat mekanik serat kelapa.............................................................................. 9
Tabel 2.2. Sepesifikasi Resin Epoxy.............................................................................. 16
Tabel 2.3. Sepesifikasi Gypsum. .................................................................................. 17
Tabel 4.1.1. Data hasil pengujian bending rata-rata pada………. ………………….......49
Tabel 4.2.1. Hasil Data Pengujian geser rata-rata …………….. ………………………..56
Tabel4.3.1. Data hasil pengujian impak rata-rata pada tebal 1mm………………… …...59
Tabel 4.4.1.1. Data hasil pengujian densitas serat.............

.......................................62

Tabel 4.4.3.1. Data hasil pengujian densitas rata-rata…………… ………………………63
Tabel 4.5.1.1 Hasil Data Pengujian kesetabilan dimensi rata-rata pada tebal
1mm……………………………………………………………………………… .65
Tabel 4.5.1.2 Hasil Data Pengujian kesetabilan dimensi rata-rata pada tebal
2mm…………… …………………………………………………………………66
Tabel 4.5.1.3 Data hasil pengujian kesetabilan dimensi rata-rata pada tebal
3mm………… ……………………………………………………………………66
Tabel 4.5.1.4 Data hasil pengujian kesetabilan dimensi rata-rata pada tebal
4mm……………… ………………………………………………………………67
Tabel 4.5.1.5 Data hasil pengujian kesetabilan dimensi rata-rata pada tebal
5mm…………….. ……………………………………………………………….67

xii

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sttruktur komposit sandwich ...................................................................... 18
Gambar 2.2 Quarter Point Loading (ASTM C 393 – 00) ................................................ 22
Gambar 2.3 Skema Pengujian Quarter Point Loading (ASTM C 393 – 00)
................................................................................................................... 22
Gambar 2.4 Pola Kegagalan Bending Sandwich. (Lukkassen dkk, 2003).
................................................................................................................... 25
Gambar 2.5 Spesimen dan peralatan uji Impak ............................................................ 27
Gambar 2.6 Pola Kegagalan Impact pada Sandwich ................................................... 27
Gambar 2.7. gambar skema uji geser sandwich (ASTM C273)………… .................... ..29
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian........................................................ ................... ...32
Gambar 3.2 Serat kelapa ............................................................................................. 33
Gambar 3.3 Epoxy resin dan hardenar .................................................... ..................... 34
Gambar 3.4 Core (gypsum dan serat kelapa) ............................................................... 35
Gambar 3.5 Timbangan Digital ...................................................................................... 35
Gambar 3.6. wood moisture meter ................................................................................ 36
Gambar 3.7 Cetakan untuk benda uji ............................................................................ 36
Gambar 3.8. Alat Pengepres Cetakan ........................................................................... 37
Gambar 3.9 Oven ......................................................................................................... 37
Gambar 3.10 Alat uji Bending ......................................................... .............................. 38
Gambar 3.11 Alat Ujui Impact charpy ........................................................................... 38
xiii

Gambar 3.12 Alat bantu lain .......................................................................................... 39
Gambar 3.13. Gambar Dimensi Spesimen Uji Bending …………………....................... 44
Gambar 3.14 Dimensi Impak ASTM D 5942-96 ........................................................... 45
Gambar 3.15 Spesimen uji kestabilan dimensi SAE J1717 ........................................... 46
Gambar 4.1 Grafik hubungan Tegangan bending rata-rata terhadap tebal
Core.............................................................................................................. 50
Gambar 4.2 Grafik hubungan Defleksi rata-rata terhadap tebal Core ......................... 50
Gambar 4.3 Grafik hubungan modulus elastisitas rata-rata terhadap tebal Core ........ 51
Gambar 4.4 Grafik hubungan kekakuan bending rata-rata terhadap tebal
Core............................................................................................................. 51
Gambar 4.5. Bentuk kegagalan Bending Sandwich skin 1 mm Vƒ 50% core 5 mm ..... 54
Gambar 4.6. Bentuk kegagalan Bending Sandwich skin 2 mm Vƒ 50% core 10 mm ... 54
Gambar 4.7. Bentuk kegagalan Bending Sandwich skin 3 mm Vƒ 30% core 5 mm ..... 54
Gambar 4.8. Bentuk kegagalan Bending Sandwich skin 4 mm Vƒ 40% core 10 mm ... 55
Gambar 4.9. Bentuk kegagalan Bending Sandwich skin 5 mm Vƒ 50% core 15 mm ... 55
Gambar 4.10. Grafik hubungan kekuatan geser rata-rata terhadap tebal
Core…………...…………….. ........................................................................ 57
Gambar 4.11. Grafik hubungan Modulus Elastisitas Geser Rata-rata Dengan Tebal
Core…………...……………................................ ............................................ 57
Gambar 4.12 Grafik hubungan kekuatan impak rata-rata terhadap tebal Core……..….. 60
Gambar 4.13. Bentuk Kegagalan Impack Sandwich skin 1 mm Vƒ 50% core 5mm
…………………………………………………………. ..................................... .61
xiv

Gambar 4.14. Bentuk Kegagalan Impack Sandwich skin 2 mm Vƒ 50% core 5mm
………………………………………………………… ..................................... ..61
Gambar 4.15. Bentuk Kegagalan Impack Sandwich skin 3 mm Vƒ 50% core 10mm
………………………………………………………… ....................................... 61
Gambar 4.16. Bentuk Kegagalan Impack Sandwich skin 4 mm Vƒ 50% core 10mm
………………………………………………………… ....................................... 61
Gambar 4.17. Bentuk Kegagalan Impack Sandwich skin 5 mm Vƒ 50% core 5mm ...... 61
Gambar 4.18. Grafik densitas serat kelapa ................................................................... 62
Gambar 4.19. Grafik hubungan Densitas rata-rata terhadap tebal core……................….
...................................................................................................................... 64

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Annual Book of standards uji bending ASTM C 393-00, standards uji
impak ASTM D 5942-96, standards uji densitas ASTM C 271-99,
standards uji geser ASTM C 273-00, standards uji kesetabilan dimensi
SAE J-1717.
Lampiran 2. Tabel hasil pengujian
Lampiran 3. Konversi Satuan.
Lampiran 4. Tabel mechanical properties fiber dan resin.
Lampiran 5. Propertis bahan.

xvi

REKAYASA DAN MANUFAKTUR KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT
KELAPA BERMATRIK EPOXY DENGAN CORE BERPENGUAT SERAT KELAPA
BERMATRIK GYPSUM
Triyono., Agus Hariyanto, Masyrukan
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
JL. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosuro
ABSTRAKSI
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan bending, impak dan
geser yang optimal dari komposit sandwich dengan variasi ketebalan skin 1mm hingga
5mm dengan ketebalan core 5mm, 10mm, 15mm dan 20mm, serta mengetahui
patahan dengan pengamatan makro pada spesimen hasil pengujian bending dan
impak.
Metode penelitian komposit sandwich ini bahan yang dipergunakan adalah serat
kelapa yang disusun acak sebagai penguatnya dan dengan matrik epoxy dengan
variasi tebal 1mm hingga 5mm sebagai skin, bahan core yang digunakan adalah serbuk
gypsum sebagai matrik dan serat kelapa sebagai penguatnya, dengan ketebalan 5mm,
10mm, 15mm dan 20mm. Dengan vraksi folum 20%, 30%, 40% dan 50%. Pembuatan
dengan cara press mold, pengujian bending yang dilakukan dengan acuan standar
ASTM C 393,impak carpy ASTM D 5942 dan geser ASTM C 273.Densitas ASTM C
271 dan kesetabilan dimensi SAE J-1717.
Hasil pengujian bending pada
komposit sandwich, kekuatan rata-rata tertinggi pada sandwich skin 5mm Vf 50%
dengan core 5mm Vf40%yaitu : 81,70MPa , dan terendah pada 1mm Vf 50% dengan
core Vf30% yaitu : 6,92MPa, Hasil pengujian impak tertinggi adalah komposit sandwich
skin 5mm Vf 50% dengan tebal core 10mm Vf 50% yaitu : 120,87MPa. Dari uji geser,
tegangan geser tertinggi senilai 1,74Mpa pada ketebalan skin 1mm Vf 40% dengan
core 20mm Vf 50%, densitas tertinggi pada skin 5mm Vf50% dengan core 20mm Vf
40% yaitu : 1,102gr/cm3.dari uji kestabilan dimensi diperoleh bahwa pada komposit
sandwich skin 3mm memilikim kestabilan yang baik. Pengamatan foto makro, pola
kegagalan impak dan bending yang terjadi pada komposit sandwich ini hampir sama.
Kegagalan komposit sandwich akibat beban bending diawali dari skin sisi belakang dan
dilanjutkan dengan kegagalan core dan delaminasi antar skin dan core.
Kata kunci : Serat kelapa, epoxy, gypsum, Kekuatan.

xvii