karakterisasi sifat mekanis material biokomposit ... · penerapan pengetahuan tentang keter- ......

KARAKTERISASI SIFAT MEKANIS MATERIAL BIOKOMPOSIT UNIDIRECTIONAL LAMINAE SERAT

HELICONIA-RESIN POLIESTER

ATHAYA MUBARAK G07498036

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2006

2

ATHAYA MUBARAK. Karakterisasi Sifat Mekanis Material Biokomposit Unidirectional Laminae Serat Heliconia-Resin Poliester. Pembimbing: Akhiruddin Maddu, M.Si

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk membuat lamina polyester-serat heliconia serta mengetahui perubahan sifat mekanik yang diperoleh dari penambahan serat heliconia pada material polyester. Metode penelitian meliputi pemisahan serat yang terdiri dari 3 tahapan, yakni Klorisasi, Pencucian dan Ekstraksi Basa; serta pembuatan komposit, metode yang digunakan di sini adalah Hand Lay up. Resin dituang ke dalam cetakan Kemudian serat yang telah dibasahi resin dimasukkan ke dalam cetakan. Pada penelitian ini dibuat tiga sampel yakni sampel dengan penambahan serat [sampel 0], sampel dengan penambahan 0.54 gram serat [sampel 0.54] dan sampel dengan penambahan 2.08 gram serat [sampel 2.08].

Karakterisasi dilakukan pada penelitian ini adalah uji tarik menggunakan mesin Shimadzu standar JIS K7113, kekerasan Shore D dengan Durometer, dan impak dengan standar JIS K7111 menggunakan mesin Toyoseiki.

Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah peningkatan kekuatan tarik (TS) dan kekerasan (hardness) seiring dengan penambahan serat heliconia. Kekuatan tarik dan kekerasan yang diperoleh untuk masing-masing adalah: sampel 0 [TS: 32.31MPa, Hardness: 73.80]; sampel 0.54 [TS: 36.77MPa, Hardness: 75.50]; sampel 2.08 [TS: 66.64MPa, Hardness: 75.60]. Semua sampel bersifat getas, ini ditunjukkan dengan nilai perpanjangan patah yang lebih kecil dari 5%. Uji impak menunjukkan nilai suhu kerja maksimum sampel ini adalah 10°C.

3

KARAKTERISASI SIFAT MEKANIS MATERIAL

BIOKOMPOSIT UNIDIRECTIONAL LAMINAE SERAT

HELICONIA-RESIN POLIESTER

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Fisika

Oleh :

ATHAYA MUBARAK

G07400045

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2006

4

Judul : Karakterisasi Sifat Mekanis Material Biokomposit Unidirectional Laminae Serat Heliconia-Resin Poliester.

Nama : Athaya Mubarak NIM : G07498036

Menyetujui, Pembimbing

Akhiruddin Maddu, MSi NIP 132206239

Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP 131473999

Tanggal Lulus: ..................................

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena hanya berkat rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan penelitian ini. Laporan hasil penelitian yang berjudul ”Karakterisasi Sifat Mekanis Material Biokomposit Unidirectional Laminae Serat Heliconia-Resin Poliester” ini disusun sebagai persembahan saya bagi Allah SWT, sebagai sedekah yang semoga bermanfaat bagi dunia; dan sebagai pelengkap, untuk meraih gelar Sarjana Sains di Departemen Fisika FMIPA IPB.

Untuk semua dukungan, semangat dan bantuan penulis ingin menyampaikan terimakasih sebesar-besarnya kepada: 1. Akhiruddin Maddu, MSi., sebagai pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan

bimbingan, saran, dan kepercayaan dalam menyelesaikan tugas akhir ini 2. Semua Staf di UI Salemba, Jakarta, terutama Mas Ari, dan Pak Azwar Manaf untuk

semua ide, bantuan, arahan, saran dan informasinya. Pak Sudirman dan semua staf dari P3IB – BATAN, Serpong atas segala niat baiknya

3. Ir. Hanedi Darmasetiawan, MS. atas bimbingan dan bantuannya, Pak Sulistioso Giat atas ilham dan penyegarannya; Mas Umar, Pak Nur Indro atas dukungan dan semangatnya. Pak Irmansyah, Ibu Mersi Kurniati. Terimakasih kepada semua staf di Jurusan Fisika; Pak Firman, Bu Elli, Pak Musiran, Pak Parman, dan Pak Toni

4. Terutama Mama dan Aba; dan kepada Umi, Akied, Raisa, Ezza, Dayana, Sofia, Ami Ian, Ami Arief dan keluarga besar al-Mubarak, Basalamah, keluarga besar di Manado, keluarga besar Tan dari Tonsea, dan keluarga besar dari Buleleng, Bali dan yang lain.

5. Keluarga Besar Arifin Harahap (alm.), Oom Ismet Harahap, Tante Indra, Pa’dé Dodi, Bou Indri, Firzi, Faika dan Keluarga Besar Ir. Bambang Sumantri, atas sokongan, dukungan, dan kehadirannya

6. Luthfi Fajar, Boy, Taufik Nurhidayat, Muhammad Yusuf, Eko Purwito Hidayat, Dhoni S., Age, Eko CePe, Aip, Enyoy, Izzat, Kangkung, PJ Club

7. Teman-teman Fisika angkatan 32-40, (Apri, Halashon Siregar, Sulaeman, Diko) semua teman fisika angkatan 35. Teman-teman di seluruh IPB, terutama MIPA (Farid, Ebing, Diah, Armand, Maya dan Rahma) dan.TPG (Tintin, Yusuf, Veny, Zola, Evie, Emi)

8. Teman-teman, pendukung2 finansial, rekan dan semua yang tidak sempat disebut di sini, semesta, hampir semua Guru saya (Bu Mul, Bu Ken, Pak Yoseph (alm.), Pak Tatang, Pak Kusnul, DR Martin), inspirator2, and my fans

Penulis menyadari bahwa bagi sebagian orang laporan hasil penelitian ini masih terdapat

kekurangan, so what?!. Akhir kata, enjoy this stuff!

Bogor, Februari 2006

Athaya Mubarak

Riwayat Hidup

Penulis lahir di Amsterdam pada tanggal 30 Desember 1979 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara pasangan bapak Hidewi Mubarak dan ibu Diana.

Penulis memulai pendidikan formal sekolah dasar pada 1986 dan melanjutkan sekolah lanjutan tingkat pertama pada tahun 1992. Pada tahun 1995 penulis melanjutkan pendidikan menengah atas di SMUN 68 Jakarta, lulus pada 1998, dan pada tahun yang sama penulis mengikuti Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri, dan diterima di Fisika IPB.

Penulis pernah aktif dalam kegiatan-kegiatan organisasi sebagai anggota Komisi C BPM Fisika (1999), anggota bidang pelatihan UKM Band (1998-1999), Ketua Bidang Dana Usaha HMI Komisariat MIPA Cabang Bogor (1999-2001), Komisi Internal DPM FMIPA IPB (1999-2000), Bendahara Umum Komisariat MIPA HMI Cabang Bogor, Ketua Topaz (2000-2001), dan Dewan Penasehat MATASEFA IPB (2002-2003). Penulis juga pernah aktif dalam berbagai kegiatan kepanitiaan antara lain: seminar HaKI di MIPA IPB, Konser Dewa di Hotel Salak Bogor, dll., juga menjadi relawan untuk Pemantau Pemilu UNFREL (1999). Dalam bidang akademik penulis pernah menjadi Juara II lomba Ilmu Pengetahuan Alam Tingkat Kotamadya (1992) dan beberapa kali menjadi Asisten Praktikum Fisika Dasar 1 dan 2 (1999-2002).

vii

vii

DAFTAR ISI

Halaman

PRAKATA........................................................................................................... vii DAFTAR ISI........................................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR........................................................................................... ix DAFTAR TABEL................................................................................................ ix DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... ix PENDAHULUAN .................................................................................................1

Latar Belakang ...................................................................................................1 Tujuan Penelitian ...............................................................................................1 Manfaat Penelitian .............................................................................................1 Hipotesis Penelitian ...........................................................................................1

TINJAUAN PUSTAKA........................................................................................1 Komposit.............................................................................................................1 Heliconia .............................................................................................................2 Material Resin Poliester Tak Jenuh .................................................................2 Ikatan Antar Muka (Interfacial Bond) .............................................................3 Perlakuan Permukaan ........................................................................................3 (Surface Treatment) ...........................................................................................3 Sifat Mekanis......................................................................................................4

Stress ...............................................................................................................4 Strain ...............................................................................................................4 Kekerasan........................................................................................................5 Impak...............................................................................................................5

Uji Sifat Mekanis ...............................................................................................5 Uji Tarik..........................................................................................................5 Uji Kekerasan .................................................................................................5 Uji Impak ........................................................................................................5

Analisa Mekanisme Mikro dan Makro dalam Material Komposit ...............5 Mekanisme Makro .........................................................................................5 Mekanisme Mikro ..........................................................................................5

BAHAN DAN METODE .....................................................................................6 Waktu dan Tempat Penelitian...........................................................................6 Alat dan Bahan ...................................................................................................6

Pemisahan Serat .............................................................................................6 Metode Penelitian ..............................................................................................6

Pemisahan Serat ............................................................................................6 Pengukuran volume serat dan matriks .........................................................6 Pembuatan Komposit.....................................................................................6 Karakterisasi Bahan .......................................................................................7

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................7 Isolasi Serat.........................................................................................................7 Pembuatan Komposit.........................................................................................7 Hasil Uji Tarik....................................................................................................8

Kekuatan Tarik ...............................................................................................8 Perpanjangan Patah........................................................................................9

viii

viii

Kekerasan............................................................................................................9 Impak.................................................................................................................10

KESIMPULAN DAN SARAN ..........................................................................11 Kesimpulan .......................................................................................................11 Saran..................................................................................................................11

DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................11 LAMPIRAN .........................................................................................................13

ix

ix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12

13

Klasifikasi bahan komposit....................................................................... Bunga heliconia ........................................................................................ Ikatan antar muka...................................................................................... Stress…………..……………………………….…………....................... Strain…………..……………………………….………….......................Serat heliconia yang telah diisolasi .......................................................... Mesin uji tarik............................................................................................ Controller mesin uji tarik.......................................................................... Grafik rapat serat dengan kekuatan tarik ……………………….............. Durometer untuk uji kekerasan.................................................................. Grafik rapat serat dengan kekerasan .……………...……….................... Grafik perbandingan nilai izod strength dengan suhu penyimpanan untuk berbagai kerapatan serat .................................. Grafik perbandingan nilai izod strength dengan rapat serat untuk berbagai suhu penyimpanan .......................................

1245578899

10

10

11

DAFTAR TABEL

Halaman

1 2 3 4 5

Nilai kekuatan tarik bahan komposit ...................................................... Nilai kekuatan tarik (TS) spesifik........................................................... Nilai perpanjangan patah ........................................................................ Nilai kekerasan ...................................................................................... Nilai impak (dalam KJ/m2) untuk berbagai suhu penyimpanan untuk tiap sampel ...............................................

899

10

10

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 2 3

4 5 6 7 8 9

10 11

Jadwal kegiatan ...................................................................................... Diagram alir penelitian............................................................................ Perbandingan sifat-sifat material beberapa material mineral dan komposit.............................................................................. Perbandingan sifat-sifat beberapa resin ................................................. Hasil pengukuran kumpulan serat …………………………….............. Hasil pengukuran sampel dan perpanjangan patah komposit................. Hasil kekuatan tarik sampel komposit ……………………................... Hasil uji kekerasan …………………………………………................. Hasil uji impak ………………………………………………............... Penghitungan statistik untuk tensile strength ………………................. Penghitungan statistik untuk kekerasan …………………….............…

14 15

16 17 18 20 21 22 23 24 26

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Perkembangan industri tidak terlepas dari semakin meningkatnya kebutuhan manusia akan kegunaan dan kelangkaan material yang tersedia di alam. Penggunaan material untuk industri masih banyak mengandalkan bahan tambang yang tidak dapat diperbaharui. Di samping itu, untuk menenuhi kebutuhan akan barang tambang sering terjadi pembukaan lahan-lahan penyangga alam, seperti hutan lindung dan suaka margasatwa. Oleh karena itu dibutuhkan material pengganti yang dapat diperbaharui, serta memiliki sifat-sifat mekanis yang memiliki keunggulan yang dapat mengimbangi keunggulan bahan tambang.

Material komposit adalah material yang menggabungkan sifat-sifat dari dua atau lebih material sehingga membentuk material baru yang memiliki setidaknya keunggulan sifat masing-masing material tersebut.

Teknologi material komposit pada dasarnya merupakan pengembangan dan penerapan pengetahuan tentang keter-hubungan antara komposisi, struktur serta teknik pemrosesan bahan yang terkait dengan sifat-sifat dari bahan serta kegunaan dalam kehidupan sehari-hari, seperti ban, jaket hujan, KevlarTM, FiberGlassTM dan sebagainya.

Dalam penelitian ini digunakan bahan komposit yang terdiri dari resin dan serat heliconia. Bahan-bahan ini adalah bahan yang dapat diperbaharui dan mudah untuk diperoleh dan dibudidayakan.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk membuat lamina poliester-serat heliconia serta mengetahui perubahan sifat mekanik yang diperoleh dari penambahan serat heliconia pada material poliester.

Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah untuk memberikan informasi tentang potensi pemberdayaan serat heliconia

sebagai bahan serat alam alternatif untuk pembuatan biokomposit.

Hipotesis Penelitian

Pertambahan kekuatan tarik material resin poliester yang kaku namun getas dengan penambahan serat heliconia yang memiliki keunggulan sifat dibanding resin poliester pada kekuatan regangan.

TINJAUAN PUSTAKA

Komposit

Seperti diketahui, material komposit adalah material yang terdiri dari dua atau

Gambar 1 Klasifikasi bahan komposit[18]

Continuous-fiber-reinforced

composites

Composite materials

Particle-reinforced composite (Particulate Composites)

Fibre-reinforced composite (Fibrous

Composites)

Preferred Orientation

Random Orientation

Multilayered (angle–ply) composites

Single-layer composites

Laminates

Hybrids

Uni

dire

ctio

nal

rein

forc

emen

t

Bidi

rect

iona

l re

info

rcem

ent

(wov

en

rein

forc

emen

t)

Discontinuous-fiber-reinforced

composites

Ran

dom

O

rient

atio

n

Pref

erre

d O

rient

atio

n

2

lebih material yang distinctive (beda/ terpisah), yang tidak saling larut[8].

Komposit terdiri dari dua bagian utama, yakni matrix dan filler. Matrix adalah wadah atau pengikat, sedangkan filler adalah bahan pengisi. Bahan pengisi biasa digunakan dengan tujuan untuk menjadikan komposit lebih kuat atau menjadi lebih murah, walaupun lebih lemah.

Berdasarkan bentuk dan persebaran filler di dalam matrix, jenis-jenis komposit dapat diklasifikasikan seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.

Untuk penggunaan filler dengan tujuan sebagai penguat, material komposit dalam hal kekuatan dan kekakuan saja bila dibandingkan langsung dengan material mineral seperti baja sebenarnya kalah unggul. Keunggulannya baru tampak bila dibandingkan kekuatan per satuan beratnya, seperti ditunjukkan Lampiran 3, yang membandingkan komposit-komposit berpenguat serat dengan bahan lainnya.

Serat memiliki nilai kekuatan tarik (tensile stress) yang lebih besar daripada resin. Akan tetapi memiliki kekuatan tekan (compressive stress) yang sangat kecil dibandingkan resin[6,9].

Heliconia

Tanaman Heliconia yang digunakan di sini adalah Heliconia caribaea Lamarck cv. Cream. Termasuk divisi Zingiberales, famili Heliconiaceae dan genus Heliconia (merupakan satu-satunya genus dalam famili Heliconeaceae)[3]. Dari cara tumbuhnya, heliconia umum-nya memiliki bentuk musoid, yakni bentuk dan kebiasaan tumbuhnya menyerupai tanaman pisang-pisangan. Tanaman ini hidup di habitat dengan terpaan matahari penuh hingga 40% keteduhan. Heliconia secara umum terdistribusi di daerah Hindia Barat, Hawaii dan Pasifik. Rata-rata tinggi tanaman ini adalah 12-16 kaki (3,6-4,8 m). Masa berbunga heliconia adalah antara bulan April sampai Desember. Tanaman ini dapat dikenali dari bentuk tanaman dan bunganya. Dilihat dari bentuknya, tanaman heliconia caribaea tumbuh seperti pohon pisang, yakni memiliki batang dan batang daun yang panjang. Bunga heliconia caribaea adalah cara lain untuk mengidentifikasi tanaman ini, ciri-cirinya adalah jumlah kelopaknya adalah sekitar

Gambar 2 Bunga heliconia. 10-22, warna kelopak bergradasi dari keemasan dari dasar hingga hampir tepi, lalu berubah ke kuning, kuning pucat lalu hijau muda di tepi, dan terdapat bercak kemerahan di pipi kelopak. Pada batang dan pangkal daun terdapat lapisan putih bergetah[3].

Material Resin Poliester Tak Jenuh

Resin Poliester Tak Jenuh, yang lebih sering disebut poliester, termasuk dalam resin termoset. Pada polimer termoset resin cair diubah menjadi padatan yang keras dan getas yang terbentuk oleh pembentukan ikatan silang kimiawi yang mengbentuk rantai polimer yang sangat kuat ikatannya. Resin termoset tidak mencair karena pemanasan[6,11,12,13].

Saat pencetakan, resin ini tidak perlu diberikan tekanan, karena resin ini ketika masih cair memiliki viskositas yang relatif rendah, mengeras dalam suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas (tidak seperti resin termoset lainnya)[13].

Pada umumnya resin poliester kuat terhadap asam kecuali asam pengoksid, tetapi memiliki ketahanan yang rendah

3

terhadap basa. Bila resin ini dimasukkan ke dalam air mendidih selama 300 jam maka akan pecah dan retak-retak[9]. Bahan ini mengembang dalam pelarut yang melarutkan polimer stiren. Ketahanan cuacanya sangat baik. Poliester tahan terhadap sinar ultraviolet bila dibiarkan di luar, tetapi sifat tembus cahayanya rusak dalam beberapa tahun. Secara luas poliester digunakan dalam bentuk bahan komposit[13]. Dalam Lampiran 4 dapat dilihat sifat-sifat mekanis dan termal poliester dibanding dengan resin epoksi dan polypropylene.

Ikatan Antar Muka (Interfacial Bond) Struktur dan sifat antar-muka serat-matriks mempunyai peranan besar dalam sifat mekanis dan fisis dari material komposit. Beban yang dikenakan pada matriks dipindahkan ke serat melalui antar-muka ini. Agar material komposit menjadi kuat, serat harus terikat kuat pada matriks[6].

Pada dasarnya, ada empat macam ikatan antar-muka yang dapat terjadi[6]:

1. interdifusi 2. tarik-menarik elektrostatis 3. ikatan kimia 4. adhesi mekanis

Biasanya ikatan yang terjadi adalah gabungan dari ikatan-ikatan di atas.

Semakin banyak jenis dan jumlah ikatan, semakin besar pula ikatan antar-muka tersebut, oleh karena itu semakin luas bidang antar-muka maka semakin kuat pula ikatannya.

Perlakuan Permukaan (Surface Treatment)

Supaya ikatan bertambah kuat biasanya

diperlukan perlakuan khusus agar semakin banyak luasan bidang antar-muka dan jenis ikatannya. Perlakuan-perlakuan ini bisa berupa perlakuan fisik maupun kimia. Perlakuan fisik mengatur bentuk geometri serat. Untuk volume yang sama, semakin kecil ukuran serat, semakin besar pula

Gambar 3 ikatan antar muka: a. Interdifusi b.

Tarik menarik elektostatis c. Molekul bermuatan terikat dengan bidang elektrostatis d. Ikatan kimia e. Adhesi mekanis[6].

luasan bidang antar-mukanya. Cara lain adalah pengamplasan, dengan cara ini akan menambah adhesi mekanis dan luasan bidang antar-muka.

Perlakuan secara kimia bisa, antara lain, dengan menambahkan pelarut, agar terjadi ikatan interdifusi; atau dengan cara lain, yakni pemberian bahan-bahan kimia tertentu yang memungkinkan agar terjadinya ikatan kimia[6].

4

Gambar 4 Stress: a. bidang khayal a-a yang memotong benda; b. sebarang benda dengan gaya-gaya internal; c. luasan ΔA yang diperbesar dengan komponen-komponen gaya ΔF.

Sifat Mekanis Sifat mekanis berhubungan dengan daya tahan atau reaksi material terhadap sebuah gangguan mekanik terhadap material tersebut. Sifat mekanis ditentukan oleh bentuk dan bahan yang digunakan. Sifat mekanis bahan komposit tergantung dari bahan yang menyusunnya, bentuk geometris matrix dan filler, serta distribusi filler di dalam matrix.

Stress Dalam Gambar 4a sebuah benda (dengan pendekatan continuum mechanics) dalam keadaan setimbang terhadap gaya-gaya eksternal. Akibat gaya-gaya ini di dalam benda akan terbentuk gaya-gaya internal. Untuk menguji gaya internal ini pada suatu titik sembarang Q, kita pergunakan bidang khayal yang memotong daerah a-a yang melalui titik Q. Karena gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut berada dalam kesetimbangan, maka gaya-gaya yang bekerja pada satu bagian saja harus berada dalam keadaan setimbang. Ini mengharuskan hadirnya gaya pada bidang a-a. Gaya-gaya internal ini, terdistribusi merata sepanjang bidang potong. Gambar 4b merupakan salah satu potongan dari Gambar 4a. Sebuah gaya ΔF bekerja pada sebuah elemen luasan ΔA, yang terletak pada titik Q. Kita letakkan titik awal dari sumbu-sumbu koordinat pada titik Q, dengan x normal dan y serta z tegak lurus terhadap bidang ΔA. Dengan menguraikan ΔF ke dalam komponen-komponennya pada sumbu x,y dan z, dapat kita definisikan normal stress σx dan shearing stress τxy dan τxz sebagai berikut:

0lim x x

xA

F dFA dA

σΔ →

Δ= =

Δ

0lim y y

xyA

F dFA dA

τΔ →

Δ= =

Δ

0lim z z

xzA

F dFA dA

τΔ →

Δ= =

Δ

Satuan yang dipergunakan adalah newton per meter persegi (N/m2), atau pascal (Pa). normal stress yang searah bidang mempunyai nilai positif disebut tensile stress. Sebaliknya, normal stress yang berlawanan bidang mempunyai nilai negatif dan disebut compressive stress[10].

Gambar 5 Strain: Sebuah batang yang diberi beban P Strain

Strain dapat diterjemahkan sebagai perubahan panjang yang terjadi pada suatu benda[10], seperti diilustrasikan dalam Gambar 5. Garis AB dari benda diberi beban telah mengalami deformasi sehingga

ΔxL0

A x

B

δ

L

A’

B’

u

u+Δu

P

ΔF ΔA

z

x

y

a

a

Q

Gaya-gaya external

Gaya-gaya internal

ΔFy

ΔFx

ΔFz

ΔA

5

menjadi A′B′. Seperti dapat dilihat titik A berpindah sebesar u dan titik B sebesar u+Δu. Normal strain, perubahan panjang didefinisikan:

0limxu

u dux dx

εΔ →

Δ= =

Δ

Jika deformasi terdistribusi secara merata sepanjang badan, normal strain dapat dituliskan:

0

00 0

L LL L

δε −= = ,

dimana L0 adalah panjang awal L adalah panjang akhir dan δ adalah perubahan panjang[10]. Kekerasan

Kekerasan dapat didefinisikan sebagai “kriteria untuk menyatakan intensitas tahanan suatu benda terhadap deformasi yang disebabkan oleh objek lain”. [2,13] Impak

Impak (Impact) dapat dijelaskan sebagai kemampan suatu bahan untuk menahan beban yang mendadak.

Uji Sifat Mekanis Uji Tarik

Salah satu untuk mengetahui sifat mekanis bahan adalah dengan uji tarik. Uji tarik adalah salah satu uji yang paling sering dilakukan. Karena uji ini mudah dilakukan, dan memberikan banyak informasi tentang sifat mekanik benda tersebut. Dua informasi penting yang diperoleh adalah kekuatan tarik dan perpanjangan patah. Uji Kekerasan

Uji kekerasan (hardness) dipakai untuk mengukur deformasi plastis dan elastis. Untuk bahan keramik yang bersifat rapuh uji ini tidak dapat dilakukan, karena tidak ada deformasi yang terlihat. Untuk polimer uji ini menggunakan penekan yang berbeda dengan pengujian untuk logam. Pengujian kekerasan polimer menggunakan uji kekerasan Shore. Uji kekerasan ini menggunakan penekan kerucut yang ditekan pada sampel. Uji untuk bahan karet lembut mengguna-kan Shore A, sedangkan

untuk bahan plastik atau karet keras menggunakan Shore D. Uji Impak

Uji ini digunakan untuk mengetahui kemampuan bahan menahan beban mendadak. Uji impak (impact) biasanya dilakukan dengan menguji benda tersebut pada suhu yang berbeda-beda. Salah satu uji yang dilakukan adalah dengan melepaskan beban berupa bandul untuk ditahan oleh benda uji, bandul ini kemudian naik lagi dengan ketinggian yang telah tereduksi karena energinya hilang untuk mematahkan sampel. Dalam standar JIS K7111 nilai impak adalah energi yang hilang ini, per satuan luas. Satuan impak adalah KJ /m2 [1].

Analisa Mekanisme Mikro dan Makro dalam Material Komposit

Perlu dilihat secara mekanisme mikro

dan makro terhadap benda uji. Mekanisme mikro mengkaji interaksi bahan-bahan pembentuk komposit dalam skala mikroskopik. Sedangkan dalam pengamatan mekanisme makro, komposit dianggap homogen dan pengaruh bahan-bahan pembentuknya diamati sebagai sifat dari bahan itu secara keseluruhan.

Mekanisme Makro

Apabila tegangan searah (unidirectional) diberikan pada material elastis isotropik, maka berlaku hukum Hooke, dimana ada hubungan antara tegangan (σ) dan regangan (ε), yaitu:

Eσ ε= ⋅ ,

dimana E adalah modulus elastisitas (modulus Young) Mekanisme Mikro

Untuk menentukan Modulus Elastisitas dalam arah serat (longitudinal), E║, diasumsikan bahwa tegangan searah serat akan menyebabkan regangan yang seragam pada serat dan matriks (ε║ = εf = εm), sehingga diperoleh:

f f m mE E V E V= ⋅ + ⋅

Keterangan: E = modulus elatisitas (modulus Young)

6

V = fraksi volume, (indeks f dan m menunjukkan serat (filler) dan matriks)

Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bila serat lebih kuat dari matriks (Ef >Em), dengan bertambahnya serat maka akan memperkuat komposit tersebut.

BAHAN DAN METODE

Penelitian ini terdiri dari dua tahap, yakni pemisahan serat heliconia dari ligninnya, dan pembuatan komposit yaitu penyatuan serat dengan resin poliester.

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2005 sampai bulan November 2005 dan bertempat di laboratorium Fisika Material, Jurusan Fisika FMIPA IPB dan Research Centre for Material Science and Engineering (RCMS), Universitas Indonesia. Secara keseluruhan, rangkaian waktu kegiatan penelitian dapat dilihat dalam Lampiran 1.

Alat dan Bahan Pemisahan Serat

Bahan dan alat yang digunakan dalam tahap pemisahan serat adalah wadah tahan panas berukuran 2 liter, timbangan, gelas ukur, pipet, cutter, gunting, kemudian sebuah Toples berukuran 2 liter dengan tutupnya, jangka sorong dan penggaris, sebuah pemanas, kemudian bahan-bahan aktif untuk proses pemisahan serat, yakni asam asetat, Natrium Klorida (NaCl), Ethanol 95%, Natrium Hidroksida (NaOH), Eter, aquadestilata dan kulit batang heliconia. Pembuatan Komposit

Bahan-bahan dan alat yang digunakan untuk pembuatan komposit adalah resin, serat heliconia yang telah diisolasi, sterim monomer untuk pembersihan alat, cetakan, wax untuk memudahkan pelepasan bahan yang dicetak, gunting, cutter, roller dan kuas.

Resin yang digunakan di sini adalah resin poliester takjenuh dengan merek dagang YUKALAC® 2252 ABW-EXB dengan katalis MEKPO (Metil Etil Keton PerOksida).

Metode Penelitian Pemisahan Serat a. Klorisasi Bahan dicuci dengan etanol 95% kemudian dicuci eter, lalu dibilas dengan air. Kemudian bahan direndam dalam 800 ml air panas dalam wadah tahan panas berukuran 2 liter yang telah ditambahi 3 ml asam asetat pekat. Lalu ditambahi natrium klorida teknik sebanyak 7,5 gram. Penambahan natrium klorida ini beserta pencucian harus dilakukan di ruang dengan ventilasi yang cukup. Wadah tersebut kemudian ditutup lalu dipanaskan dengan pemanas. Periode pemanasan adalah sekitar 30-60 menit. Untuk kayu lunak, langkah-langkah diatas diulangi dengan total waktu yang diperlukan adalah sampai 6 jam. b. Pencucian

Jika warna yang diinginkan telah diperoleh, campuran ditiriskan lalu holoselulosanya dicuci dengan 2 liter air. Bahan tersebut kemudian dikeringkan di udara terbuka. c. Ekstraksi Basa dari Holoselulosa

Kayu Lunak Sampel (20 gram holoselulosa)

dimasukkan ke dalam toples berukuran 1 liter yang berisi 1 liter NaOH 12%, lalu diadukkan selama 24 jam. Kemudian dibilas dengan air dan asam asetat 7,5%, lalu dibilas lagi dengan air. Lignin yang masih menempel dibersihkan. Pengukuran volume serat dan matriks

Sebelum dibuat komposit volume serat perlu diukur lebih dulu. Serat dikumpulkan membentuk silinder-silinder berdiameter setengah milimeter, dengan panjang 700mm. Pembuatan Komposit

Serat yang telah diekstrak dikeringkan di udara terbuka, kemudian ditimbang dan diukur, lalu dicuci dengan etanol 95% selama ±10 detik dan dikeringkan kembali. Serat ini kemudian dibasahi dengan resin

7

hingga merata, kemudian diroll hingga tidak ada gelembungnya. Serat yang telah dibasahi diletakkan dalam cetakan berukuran 30mm×120mm×4mm, kemudian dituangi resin hingga memenuhi cetakan, kemudian ditutup.

Pada penelitian ini dibuat 3 sampel yakni sampel dengan penambahan serat 0.54 gr, 2.08 gr dan sampel tanpa penambahan serat, yang selanjutnya disebut sampel 0.54, sampel 2.08 dan sampel 0. Karakterisasi Bahan

Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah: 1. Uji tarik dengan standar JIS K 7113.

Dari uji ini diperoleh hasil kekuatan tarik (tensile strength) dan perpanjang-an patah (elongation at break).

2. Uji kekerasan (hardness test) dengan metode shore D, standar JIS K 2653 D, menggunakan Durometer.

3. Uji impak (impact test) dengan standar JIS 7111 dengan metode notch. Uji ini digunakan untuk mengetahui kemam-puan bahan menahan beban mendadak.

4. Pengukuran sampel menggunakan Mitutoyo 150 mm 500-181 ce.

Untuk diagram alir penelitian dapat dilihat di Lampiran 2.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Isolasi Serat

Serat yang diperoleh berbentuk serabut halus berwarna kuning kecoklatan dengan diameter masing-masing < 0.2 mm. Dari dua batang heliconia berdiameter ± 10 cm dan panjang ± 70 cm diperoleh sebanyak 20 gram serat dapat dipakai. Bagian batang heliconia yang terpakai adalah kulit terluar. Secara kasat mata, dari volume kulit yang terpakai, serat yang diperoleh adalah ± 1/100 bagian.

Cara pengukuran serat adalah dengan menggabungkan beberapa serat dalam bentuk silinder, kemudian serat-serat tersebut dipotong dalam ukuran yang seragam, kemudian diukur diameter gabungan-gabungan serat tersebut. Dengan membandingkan volume total serat yang diperoleh (tidak termasuk yang dibuang) dengan ukuran kulit batang heliconia,

diketahui serat yang diperoleh adalah 0.968% (Lampiran 5) dari batang heliconia, sedikit lebih kurang dari 1/100 bagian.

Serat hasil ekstraksi yang diperoleh agak kaku dan permukaannya licin seperti tali plastik. Diduga hal ini disebabkan karena masih tersisanya sedikit resin alaminya. Permukaan yang licin dikha-watirkan akan mengurangi kekuatan ikatan antara serat dengan matriks.

Pencucian terakhir menggunakan etanol 95% dimaksudkan untuk menghilangkan sifat licin ini, karena diketahui bahwa etanol dapat melarutkan resin.

Setelah pencucian dengan etanol 95% selama 10 detik, serat menjadi lebih lemas dan kasar seperti benang katun, dan muncul serabut-serabut yang lebih halus. Serabut-serabut ini sepertinya adalah bagian serat yang lebih kecil yang sebelumnya terikat oleh resin alaminya membentuk serat yang lebih besar.

Permukaan serat yang menjadi kasar ini memungkinkan terjadinya adhesi mekanis yang lebih banyak.

Gambar 6. Serat heliconia yang telah diisolasi

Pembuatan Komposit

Dalam proses pembuatan komposit, diketahui semakin banyak katalis MEKPO yang ditambahkan, kesempatan melepaskan bubble lebih kecil, karena laju pengerasan terlalu cepat. Penambahan katalis yang sangat banyak (lebih dari 1:50) menyebabkan terbentuknya banyak fraktur, dan reaksinya melepaskan banyak panas. Setelah beberapa kali mencoba perbandingan yang cocok, dari perbandingan katalis dengan resin awal yang disarankan, yakni 1:100 bagian, penelitian ini menggunakan per-bandingan 1:200.

8

Sampel yang telah dicetak kemudian dibentuk sesuai standar pengukuran JIS K 7113 untuk sampel uji tarik, dan JIS 7111 dengan diberi notch, untuk uji impak.

Hasil Uji Tarik

Uji tarik menggunakan mesin Shimadzu dengan controller Shimadzu.

Gambar 7 Mesin uji tarik

Setting yang dipasang pada controller adalah: [function set: mode ramp, range 0.001 - 0.011, set 1 Hz.]; [amplitude 38, mean 500]; dan dengan [Load: range 10% (dari 1 ton)].

Gambar 8 Controller mesin uji tarik

Kekuatan Tarik Kekuatan tarik adalah beban

maksimum (Fmax) per satuan luas penampang awal (A0).

max max

0 0 0( )F FTSl t A

= =×

Keterangan: TS = tensile strength (N/mm2) l0 = lebar awal t0 = tebal awal.

Hasil lengkap uji tarik ditunjukkan Lampiran 7. Dari data tersebut diperoleh nilai kekuatan tarik (tensile strength), seperti yang ditunjukkan Tabel 1.

Tabel 1 Nilai kekuatan tarik bahan komposit

Sampel Kekuatan Tarik (TS) Rata-rata (MNm-2)

0 32.31

0.54 36.77

2.08 66.64

Kekuatan bahan komposit dipengaruhi

oleh distribusi serat dalam matriks, perbandingan jumlah serat dengan jumlah matriks, bentuk geometri komposit dan ikatan antar matriks dengan serat.

Bila kita perhatikan nilai kekuatan tarik sampel tanpa serat di Tabel 1 (32.21 MNm-2), hampir terdapat kesesuaian nilai dengan nilai umum terendah kekuatan tarik resin poliester di Lampiran 4 (40 MNm-2), namun dengan nilai yang sedikit lebih rendah. Nilai yang sedikit lebih rendah ini kemungkinan besar disebabkan oleh teknik pembuatan sampel. Sampel-sampel yang ditampilkan di Lampiran 4 adalah sampel-sampel yang dibuat dengan mesin dan memiliki kadar gelembung yang hampir nol, sedangkan sampel yang diperoleh di sini dibuat dengan menggunakan tangan, dan terdapat banyak gelembung (bubble).

Penambahan serat pada matriks memperkuat nilai kekuatan tarik bahan (Tabel 1). Penambahan ini berbanding lurus dengan penambahan seratnya, dan hampir linier (Gambar 6), untuk kadar-kadar serat ini.

Secara keseluruhan, nilai kekuatan tarik tertinggi diberikan oleh sampel dengan kode [6V3] yang merupakan sampel dengan 2.08 gram serat, dan nilai kekuatan tarik terendah diberikan oleh sampel dengan kode [7VB#] yakni sampel tanpa serat.

9

Bila kita bandingkan hasil pengukuran (Lampiran 7) untuk tiap jenis sampel, maka untuk sampel tanpa penambahan serat, nilai tertinggi diberikan sampel berkode [7v1#] dan terendah oleh sampel berkode [8V4#]. Untuk penambahan serat 0.54 gram, nilai terendah diberikan oleh sampel berkode [7V10#] dan nilai terendah

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

0 0.5 1 1.5 2 2.5

serat

tens

ile s

tren

gth

(MPa

)

Gambar 9 Grafik hubungan rapat serat dengan

kekuatan tarik. oleh sampel yang diberi kode [7V8#]. Untuk sampel dengan penambahan serat 2.08 gram, nilai tertingginya adalah sampel berkode [6V3] dan terendah oleh sampel berkode [6V1]. Sampel-sampel tanpa serat dan sampel dengan 0.54gr serat hampir menunjukkan nilai yang sama.

Dalam bahan komposit, serat tidak menerima beban secara langsung, akan tetapi beban dikenakan pada matriks yang kemudian terjadi transfer beban ke serat melalui bidang antar-muka. Dari hasil yang menunjukkan pertambahan kekuatan, dapat diartikan bahwa ikatan antar-muka serat-matriks cukup bagus.

Nilai tensile strength spesifik tidak diperoleh karena tidak ada pengukuran terhadap massa sampel, namun dengan Tabel 2 Nilai kekuatan tarik (TS) spesifik

Sampel TS (MNm-2)

TS/ densitas

max.

TS/ densitas

min. 0 32.31 26.925 21.540

0.54 36.77 30.642 24.513 2.08 66.64 55.533 44.427

menggunakan nilai umum massa jenis poliester di Lampiran 4 yakni 1.2-1.5

Mgm-3 (massa jenis helliconia masuk dalam rentang ini [Lampiran 5]) dapat diperkirakan rentang tensile strength spesifik maksimum dan minimumnya. Meskipun penambahan serat memberikan pertambahan kekuatan tarik, nilai tensile strength spesifik maksimum (Tabel 2) untuk sampel 2.08 masih di bawah tensile strength spesifik bahan-bahan lain di Lampiran 3.

Perpanjangan Patah

Pada kertas grafik uji tarik yang diperoleh, tidak dapat dilihat perpanjangan patahnya, ini menunjukkan bahwa perpan-jangan patahnya lebih kecil dari 5%. Hasil pengukuran langsung (Hasil lengkap dapat dilihat di Lampiran 6) memperkuat hal ini. Dari sini dapat disimpulkan bahwa sampel tersebut getas.

Tabel 3 Nilai perpanjangan patah

Sampel Perpanjangan patah rata-rata (%)

0 0.51

0.54 0.30

2.08 1.33

Nilai modulus Young tidak bisa diperoleh dari hukum Hooke, karena perpanjangan patah kurang dari 5%[8]

(Tabel 3).

Gambar 10 Durometer untuk uji kekerasan

Kekerasan

Uji kekerasan yang dilakukan di sini

menggunakan uji Shore. Uji ini meng-gunakan alat ukur tekan dengan kerucut tajam, Teclock GS-720N type D.

10

Untuk polimer terdapat dua skala pengukuran, yakni Shore D untuk plastik atau karet keras dan Shore A untuk karet lembut. Shore D menggunakan penekan berupa kerucut yang ditahan oleh pegas yang telah dikalibrasi. Nilai Shore D menunjukkan kedalaman penetrasi yang dikenakan penekan pada permukaan bahan uji (Gambar 10).

Pengukuran kekerasan pada setiap sampel dilakukan 10 kali, lalu diambil nilai modusnya (Hasil lengkap dapat dilihat di Lampiran 8), kemudian dirata-ratakan se-hingga diperoleh hasil seperti ditunjukkan Tabel 4. Cara tersebut dilakukan karena ada beberapa pengukuran yang mengenai bubble yang menyebabkan kepala kerucut masuk ke dalam bubble, sehingga nilai yang diperoleh bukanlah nilai kekerasan sampel. Tabel 4 Nilai kekerasan

Sampel Kekerasan rata-rata (Shore D)

0 73.80

0.54 75.50

2.08 75.60

Kenaikan nilai kekerasan untuk serat

2.08 terhadap serat 0.54 tidaklah sebesar kenaikan nilai kekerasan serat 0.54 terhadap tanpa serat (Gambar 11). Secara keseluruhan, penambahan serat belum menunjukkan penambahan signifikan pada nilai kekerasan.

73.50

74.00

74.50

75.00

75.50

76.00

0 0.5 1 1.5 2 2.5

serat

hard

ness

(Sho

re D

)

Gambar 11 Grafik hubungan rapat serat dengan

kekerasan.

Data lengkap hasil uji kekerasan diberikan di Lampiran 8.

Berdasarkan gambar dan tabel dapat dilihat nilai kekerasan bahan meningkat seiring dengan pertambahan serat.

Impak

Uji impact menggunakan mesin Toyoseiki. Setiap sampel divariasikan suhu penyimpanannya dengan interval 20°C, yakni untuk setiap sampel disimpan dalam suhu -10°C, 10°C dan 30°C, lalu diuji impact.

Semua sampel yang diuji mengalami patah hingga lepas.

Hasil uji dapat dilihat di Tabel 6. Untuk hasil lengkap dapat dilihat pada Lampiran 9.

Tabel 5 Nilai impak (dalam KJ/m2) untuk berbagai

suhu penyimpanan untuk tiap sampel

Suhu penyimpanan -10°C 10°C 30°C

Tanpa serat 5.425 5.667 5.373

Serat 0.54 gr 4.546 5.999 4.603

Serat 2.08 gr 5.626 6.544 4.850

Ketiga macam sampel tercatat memiliki nilai impak tertinggi pada suhu 10°C (Gambar 12), namun uji ini tidak cukup banyak variasi suhunya sehingga tidak dapat diketahui titik transisi dimana terjadi nilai impak maksimum dan minimum. Kekurangan uji

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

-20 -10 0 10 20 30 40

suhu penyimpanan

izod

stre

ngth

00.542.24

Gambar 12 Grafik perbandingan nilai izod strength

dengan suhu penyimpanan untuk berbagai penambahan serat.

11

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

0 0.5 1 1.5 2 2.5

serat

izod

str

engt

h

-10°C10°C30°C

Gambar 13 Grafik perbandingan nilai izod strength

dengan penambahan serat untuk berbagai suhu penyimpanan.

sampel ini juga berpengaruh pada penarikan kesimpulan terhadap pengaruh penambahan serat terhadap nilai impak sampel, karena walaupun secara umum terjadi kenaikan nilai impak dengan penambahan serat, tetapi terjadi penurunan yang cukup besar antara sampel 0 dengan sampel 0.54.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Penelitian tentang pengaruh penambahan serat heliconia pada matriks resin poliester ini memberikan kesimpulan sebagai berikut: 1. Komposit ini cukup mudah dibuat, karena

tidak memerlukan proses khusus saat pencetakan. Sedangkan ekstraksi serat lebih memakan waktu dan energi.

2. Penambahan serat heliconia pada matriks resin poliester hingga 2.08 gram pada komposit berukuran 30mm×120mm×4mm menambah nilai kekuatan tarik bahan komposit (dengan nilai kekuatan tarik bahan tertinggi adalah 110.24 MPa, yakni sampel dengan serat 2.08 gram), berarti ikatan antar-muka heliconia-resin cukup bagus sehingga terjadi transfer beban ke serat.

3. Kekuatan tarik spesifik tertinggi masih kalah jauh dibanding komposit-komposit populer (Kevlar™, serat karbon, dll) dan baja, tapi nilainya cukup dekat dengan komposit poliester-serat kaca acak, dan nylon 6.6.

4. Serat yang dapat diperoleh <1% volume kulit sangatlah sedikit dibandingkan serat sabuk kelapa yang mencapai 30% berat kelapa.

5. Penambahan serat heliconia pada resin poliester sebanyak yang dilakukan pada penelitian ini belum berpengaruh banyak pada nilai kekerasan.

6. Dari data yang diperoleh, suhu optimum kerja komposit ini adalah 10°C. Untuk suhu sehari-hari di Indonesia, penambahan serat tidak menguntungkan pada kekuatan impak.

Saran Dari kendala-kendala dan hasil perenungan pra, pasca dan selama proses penelitian, dapat saya berikan saran-saran sebagai berikut: • Cara-cara lain untuk mengurangi

bubble adalah dengan salah satu cara atau kombinasi dari cara-cara berikut: 1. mengencerkan resin cair (tapi ini dapat memperbesar susut selama pengeringan) 2. menggunakan mesin vakum (laju pengeringan yang terlalu cepat, dan viskositas resin cair menjadi kendala dalam hal ini), dan 3. menggunakan batang korek api (bisa juga menggunakan tusuk gigi, glass rod atau batang lainnya) yang diletakkan pada tepi gelas pada saat penuangan resin ke dalam cetakan.

• Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan uji kekuatan tarik serat heliconia dengan variasi bahan-bahan yang digunakan sewaktu ekstraksi serat.

• Juga sebaiknya dilakukan adalah uji penarikan serat dari komposit (fibre pull-out) untuk mengetahui kekuatan ikatan antar muka serat dengan matriks, dan uji kekuatan tarik serat heliconia dengan salah satu variabel-nya adalah kadar etanol yang dipakai untuk pencucian akhir serat.

• Mengingat mahalnya biaya pengujian ini dan keragaman jenis pengukuran yang dapat dilakukan oleh sebuah mesin uji tarik, sebaiknya Departemen Fisika IPB memiliki satu perangkat alat uji tarik.

DAFTAR PUSTAKA

1. Automation Creation, Inc. 2006. Izod Impact Strength Testing of Plastics. http://www.matweb.com

12

2. ———. 2006. Shore (Durometer) Hardness Testing of Plastics. http://www.matweb.com

3. Berry, Fred and W. John Kress. 1991. Heliconia: an Identification Guide. Smithsonian Institute Press.

4. Department of Polymer Science, University of Southern Mississippi. http://www.psrc.usm.edu

5. Encyclopaedia Britannica 2005. 2005. Deluxe Edition. Encyclopaedia Britannica, Inc.

6. Hull, Derek. 1981. An Introduction to Composite Materials. Cambridge University Press. Cambridge.

7. Ikan, Raphael. 1991. Natural Products: A Laboratory Guide. Second Edition. Academic Press, Inc.

8. Kartini, Ratni. 2002. Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Polimer Berpenguat Serat Alam. Skripsi Institut Pertanian Bogor. Bogor.

9. Kelly, Vince P. 2005. Carbon Fiber. http://www.geocities.com/vpkelly.geo

10. Rizal, Erry. 1994. Karakter Mekanik dari Multilamina Trikomposit Serat Gelas/Aramid/Epoksi. Tesis. Universitas Indonesia. Jakarta.

11. Rosen, Stephen L. 1982. Fundamental Principles of Polymeric Materials. John Wiley & Sons, Inc.

12. Stevens, M.P. 2001. Polymer Chemistry: An Introduction. Oxford University Press, Inc.

13. Surdia, Tata dan Shinroku Saito. 1995. Pengetahuan Bahan Teknik. PT Pradnya Paramita. Jakarta

14. Timoshenko dan Young. 1962. Element of Strength of Material. 1st edition. Stamford University.

15. Ugural, Ansel C. et al. 1995. Advanced Strength and Applied Elasticity. PTR Prentice Hall. New Jersey.

16. Vlack, Lawrence H. van. 1985. Elements of Material Science and Engineering. 5th Edition. Addison-Wesley Publishing Company, Reading Mass. USA.

17. Wahono, A. Riza. Kumpulan Materi Kuliah. Universitas Indonesia. Jakarta.

18. Zainuri, Mochammad. 1995. Penentuan Besarnya Modulus Young Komposit Partikulit SiC-Al dengan Variabel Dimensi SiC. Tesis. Universitas Indonesia. Jakarta.

LAMPIRAN

14

Lampiran 1 Jadwal kegiatan

JADWAL KEGIATAN PENELITIAN

Kegiatan

Febr

uari

Mar

et

Apr

il

Mei

Juni

Juli

Agu

stus

Sept

embe

r

Okt

ober

Nov

embe

r

Des

embe

r

Janu

ari

Febr

uari

Penelusuran Literatur

Penelitian Pendahuluan

Pembuatan Proposal

Persiapan Sampel

Karakterisasi Sampel

Pengambilan Data

Pengolahan Data

Penulisan Laporan

Seminar Hasil

15

Lampiran 2 Diagram alir penelitian

Isolasi Serat

Pengukuran Serat

Kekerasan (Shore D)

Pembasahan Awal

Pencetakan Sampel

Karakterisasi

Uji Tarik

Impact(notch)

Hasil

Analisis

Kesimpulan

16

Lampiran 3 Perbandingan sifat-sifat material beberapa material mineral dan komposit[6]

17

Lampiran 4 Perbandingan sifat-sifat beberapa resin[6]

18

Lampiran 5 Hasil pengukuran kumpulan serat*

Pengukuran ke- kumpulan 1 2 3 4

Rata-rata

1 0,4 0,42 0,48 0,48 0,445 2 0,45 0,55 0,55 0,35 0,475 3 0,71 0,9 0,85 1,2 0,915 4 0,8 0,55 0,55 0,4 0,575 5 0,65 0,5 0,52 0,57 0,56 6 0,35 0,35 0,5 0,5 0,425 7 0,75 0,75 0,75 0,45 0,675 8 0,59 0,52 0,39 0,6 0,525 9 0,5 0,5 0,45 0,4 0,4625

10 0,45 0,55 0,45 0,55 0,5 11 0,55 0,9 0,65 0,75 0,7125 12 0,4 0,35 0,4 0,4 0,3875 13 0,4 0,4 0,4 0,45 0,4125 14 0,42 0,47 0,3 0,5 0,4225 15 0,5 0,45 0,4 0,5 0,4625 16 0,6 0,5 0,55 0,5 0,5375 17 0,25 0,2 0,2 0,2 0,2125 18 0,7 0,55 0,42 0,55 0,555 19 0,45 0,65 0,55 0,6 0,5625 20 0,6 0,65 0,55 0,5 0,575 21 0,6 0,7 0,75 0,57 0,655 22 0,32 0,55 0,3 0,25 0,355 23 0,7 0,59 0,4 0,5 0,5475 24 0,2 0,24 0,26 0,2 0,225 25 0,4 0,5 0,41 0,45 0,44 26 0,89 0,95 0,91 0,6 0,8375 27 0,25 0,25 0,25 0,3 0,2625 28 0,6 0,45 0,3 0,45 0,45 29 0,6 0,49 0,4 0,59 0,52 30 0,2 0,2 0,32 0,3 0,255 31 0,55 0,35 0,6 0,3 0,45 32 0,55 0,4 0,4 0,35 0,425 33 0,25 0,5 0,5 0,55 0,45 34 0,85 0,45 1,05 1,05 0,85 35 0,6 0,55 0,6 0,55 0,575 36 0,51 0,75 0,81 0,65 0,68 37 0,4 0,55 0,6 0,64 0,5475 38 0,59 0,74 0,64 0,8 0,6925 39 0,51 0,55 0,56 0,46 0,52 40 0,4 0,35 0,4 0,25 0,35 41 0,3 0,45 0,42 0,5 0,4175 42 0,8 0,65 0,65 0,7 0,7 43 0,2 0,35 0,4 0,35 0,325 44 0,35 0,4 0,45 0,6 0,45 45 0,5 0,45 0,4 0,45 0,45 46 0,5 0,4 0,5 0,35 0,4375 47 0,4 0,5 0,6 0,55 0,5125 48 0,4 0,3 0,25 0,25 0,3 49 0,4 0,37 0,6 0,6 0,4925

19

Lampiran 5 (Lanjutan)

Pengukuran ke- kumpulan

1 2 3 4 Rata-rata

50 0,43 0,75 0,55 0,55 0,57 51 1,6 0,5 0,45 0,65 0,8 52 0,55 0,4 0,5 0,55 0,5 53 0,45 0,6 0,4 0,4 0,4625 54 0,45 0,57 0,5 0,53 0,5125 55 0,2 0,3 0,25 0,25 0,25 56 0,5 0,52 0,68 0,51 0,5525 57 1,1 0,75 0,85 0,85 0,8875 58 0,25 0,3 0,31 0,35 0,3025 59 0,4 0,4 0,52 0,4 0,43 60 0,4 0,45 0,45 0,49 0,4475 61 0,2 0,3 0,3 0,5 0,325 62 0,35 0,5 0,45 0,2 0,375

0,49976

*Keterangan: pengukuran dalam milimeter (mm)

Batang heliconia yang dipakai:

Panjang = 700mm

Diameter = 100mm

Tebal kulit = 4mm

Volume kulit = tebal · luas kulit

= 879200 mm3 Volume serat total = 8509.009 mm3

% serat yang diperoleh = volume serat 100%volume kulit

× = 0.968%

Volume serat sampel 0.54 = 2.35272 E-07 Massa jenis serat = 2.295214 Mgm-3 Volume serat sampel 2.08 = 9.41089 E-07 Massa jenis serat = 2.210206 Mgm-3

Massa jenis serat rata-rata = 2.25271 Mgm-3

20

Lampiran 6 Hasil pengukuran sampel dan perpanjangan patah komposit

Sampel Tanpa Serat

No. l0 t0 Area

(mm2) l1 t1 Area

(mm2) L0 L1 Elongation

(%) reduction area (%)

1 5.02 4.84 24.30 4.97 4.80 23.90 20 20.11 0.55 1.64

2 5.75 4.72 27.14 5.67 4.74 26.86 20 20.09 0.45 1.02

3 5.62 5.13 28.85 5.60 5.12 28.70 20 20.07 0.35 0.53

4 6.96 3.25 22.64 6.92 3.24 22.40 20 20.20 1.00 1.05

5 6.02 3.06 18.42 6.00 3.03 18.17 20 20.04 0.20 1.38

Serat 0.54 gram

No. l0 t0 Area

(mm2) l1 t1 Area



1 5.22 5.04 26.31 5.21 4.98 25.97 20 20.04 0.20 1.31

2 6.06 4.29 26.00 6.00 4.26 25.56 20 20.07 0.36 1.68

3 6.50 4.08 26.49 6.47 4.06 26.25 20 20.02 0.10 0.92

4 5.47 5.53 30.27 5.42 5.48 29.72 20 20.12 0.60 1.83

5 6.03 3.91 23.56 5.80 4.01 23.24 20 20.05 0.26 1.38

Serat 2.08 gram

No. l0 t0 Area

(mm2) l1 t1 Area



1 5.42 3.91 21.18 5.38 3.98 21.42 20 20.41 2.05 -1.12

2 5.26 4.74 24.92 5.21 4.65 24.21 20 20.54 2.70 2.84

3 4.95 4.39 21.71 4.91 4.36 21.40 20 20.2 1.00 1.42

4 4.56 5.19 23.66 4.53 5.12 23.17 20 20.02 0.10 2.05

5 7.35 5.03 36.96 7.29 4.97 36.26 20 20.16 0.80 1.89 Keterangan: dimensi panjang dalam satuan milimeter (mm)

21

Lampiran 7 Hasil kekuatan tarik sampel komposit

Sampel Tanpa Serat

No Area (mm2) Fmin Fmax F Newton

Tensile strenght

( N/mm2 )

Kode

sampel

1 24.30 70 80 784.80 32.30 8V6# 2 27.14 70 110 1079.10 39.76 7V1# 3 28.85 70 80 784.80 27.20 8V4# 4 22.64 60 70 686.70 30.34 7V3# 5 18.42 60 60 588.60 31.95 7B10#

Serat 0.54 gram


Tensile strenght

( N/mm2 )

Kode

sampel

1 26.31 70 80 784.80 29.83 7V9# 2 26.00 110 120 1177.20 45.27 7V4# 3 26.49 70 70 686.70 25.92 7V8# 4 30.27 130 140 1373.40 45.37 7V10# 5 23.56 70 90 882.90 37.47 7V11#

Serat 2.08 gram


Tensile strenght

( N/mm2 )

Kode

sampel

1 21.18 90 100 981.00 46.32 6V1 2 24.92 270 280 2746.80 110.24 6V3 3 21.71 110 120 1177.20 54.23 6V2 4 23.66 170 180 1765.80 74.64 6V5# 5 36.96 170 180 1765.80 47.78 6V7#

22

Lampiran 8 Hasil uji kekerasan

Sampel Tanpa Serat

No. Hardness Kode sampel

1 72 8V6# 2 75 7V1# 3 72 8V4# 4 76 7V3# 5 74 7B10# Σ 369

Rata2 73.80

Serat 0.54 gram


1 76 7V9# 2 77 7V4# 3 78 7V8# 4 71 7V10# 5 75.5 7V11# Σ 377.5

Rata2 75.50

Serat 2.08 gram


1 72 6V1 2 75 6V3 3 77 6V2 4 77 6V5# 5 77 6V7# Σ 378

Rata2 75.60

Keterangan: Hardness dalam skala Shore D

23

Lampiran 9 Hasil uji impak

Impact Test Indonesia University Faculty Matematics and Natural Sciences

Date of testing : September,24-2005 Tested Material : Heliconia-YUCALAC® Composite, Molded ,Cut By Saw Humidity : 68.0% Temp : 26 oC Standard : JIS 7111/ISO 179/1eU Determination of izod impact properties Methode Of tested : Notch Equipment : Impact Tool : Toyoseiki

: Micrometer : Mitutoyo 150 mm 500-181 ce

: Thermohygrograph : …….

These tests are based on JIS standart no K 7111, before testing were given treatment at 23oC and humidity 68% for 88 hours Treatment pada suhu -10oC selama 30 menit

No Width (mm)

Thickness (mm)

Impact Energy ( joule)

Impact Izod Strength (KJ /m2)

Type Of failure Code Remark

1 5.58 4.41 133.5 5.425109 Crystalin 8V3# Tanpa serat 2 6.96 4.21 133.2 4.545827 Crystalin 7V2# 0.54 gram 3 5.32 4.41 132.0 5.626311 Crystalin 6V4# 2.08 gram

Treatment pada suhu 10oC selama 30 menit

No Width (mm)

Thickness (mm)


Impact Izod Strength (KJ/m2)



Treatment pada suhu 30oC selama 30 menit

No Width (mm)

Thickness (mm)


Impact Izod Strength (KJ /m2)



24

Lampiran 10 Penghitungan statistik untuk tensile strength Sampel Tanpa Serat . No. TS TS- TS (TS- TS )2 Kode sampel

1 32.30158 -0.0074 5.47118E-05 8V6#

2 39.7614 (max) 7.452422 55.53858711 7V1#

3 27.19921 (min) -5.10977 26.10978972 8V4#

4 30.33605 -1.97293 3.892446235 7V3#

5 31.94666 -0.36232 0.131277623 7B10#

Σ 161.5449 3.55E-15 85.6721554

Rata2 TS = 32.30898

Rata-rata:

5

nn=1

TSTS

n=∑

=32.30898

Besarnya simpangan:

22 ( )

1TS TS

Sn−

=−

∑ = 85.6721554

4= 21.41804

S = 4.627963 max - min = 12.56219 Sampel Dengan Serat 0.54 gram No. TS TS- TS (TS- TS )2 Kode Sampel

1 29.8267 -6.944315388 48.22352 7V9#

2 45.27262 8.501608462 72.27735 7V4#

3 25.92117 (min) -10.8498435 117.7191 7V8#

4 45.36705 (max) 8.596034991 73.89182 7V10#

5 37.46753 0.69651544 0.485134 8V5#

Σ 183.8551 312.5969

Rata2 TS = 36.77101

Rata-rata:

5

nn=1

TSTS

n=∑

=36.77101

25

Lampiran 10 (Lanjutan) Besarnya simpangan:

22 ( )

1TS TS

Sn−

=−

∑ = 312.5969

4= 78.14923

S = 8.840205 max - min = 19.44588 Sampel Dengan Serat 2.08 gram No. TS TS- TS (TS- TS )2 Kode Sampel

1 46.32178 (min) -20.32112016 412.9479 6V1

2 110.2441 (max) 43.60121325 1901.066 6V3

3 54.228 -12.41489981 154.1297 6V2

4 74.64205 7.999150182 63.9864 6V5#

5 47.77856 -18.86434344 355.8635 6V7#

Σ 333.2145 2887.993

Rata2 TS = 66.6429

Rata-rata:

5

nn=1

TSTS

n=∑

=66.6429

Besarnya simpangan:

22 ( )

1TS TS

Sn−

=−

∑ = 2887.993

4= 721.9983

S = 26.87003 max - min = 63.92232

26

Lampiran 11 Penghitungan statistik untuk kekerasan No. K K-K (K-K )2 Kode Sampel

1 72 -1.30898 1.713428 7V9#

2 75 1.69102 2.859549 7V4#

3 72 -1.30898 1.713428 7V8#

4 76 2.69102 7.241589 7V10#

5 74 0.69102 0.477509 8V5#

Σ 369 412.1456

Rata2 K = 73.8

Rata-rata:

5

nn=1

KK

n=∑

=73.8

Besarnya simpangan:

22 ( )

1K K

Sn−

=−

∑ = 14.0055

4= 3.501376

S = 1.871196 No. K K-K (K-K )2 Kode Sampel

1 76 0.5 0.25 7V9#

2 77 1.5 2.25 7V4#

3 78 2.5 6.25 7V8#

4 71 -4.5 20.25 7V10#

5 75.5 0 0 8V5#

Σ 377.5 29

Rata2 K = 75.5

Rata-rata:

5

nn=1

KK

n=∑

=75.5

Besarnya simpangan:

22 ( )

1K K

Sn−

=−

∑ = 294

= 7.25

S = 2.692582

27

Lampiran 11 (Lanjutan) No. K K-K (K-K )2 Kode Sampel

1 72 -3.6 12.96 7V9#

2 75 -0.6 0.36 7V4#

3 77 1.4 1.96 7V8#

4 77 1.4 1.96 7V10#

5 77 1.4 1.96 8V5#

Σ 378 19.2

Rata2 K = 75.6

Rata-rata:

5

nn=1

KK

n=∑

=75.6

Besarnya simpangan:

22 ( )

1K K

Sn−

=−

∑ = 19.2

4= 4.8

S = 2.19089

karakterisasi sifat mekanis material biokomposit ... · penerapan pengetahuan tentang keter- ......

Documents