optimasi kekuatan sambungan komposit serat …/optimasi... · sambungan komposit serat gelas tesis...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

Sugiyanto

NIM. S951002008

MAGISTER TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2012


commit to user

ii

HALAMAN PERSETUJUAN


TESIS

SUGIYANTO NIM. S951002008

Komisi Pembimbing

Nama Tanda Tangan Tanggal

Pembimbing I Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT

NIP. 197101031997021001

27 Juli 2012

Pembimbing II Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP. 196810041999031002

27 Juli 2012

Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal 12 Juli 2012

Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pasca Sarjana UNS

Dr. Techn. Suyitno, ST., MT NIP. 197409022001121002


commit to user

iii

HALAMAN PENGESAHAN


TESIS

SUGIYANTO NIM. S951002008

Tim Penguji

Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal Ketua Stefanus Adi Kristiawan, ST.,

M.Sc.(Eng), Ph.D NIP. 196905011995121001

27 Juli 2012

Sekretaris Eko Surojo, ST., MT NIP. 196904112000031006

27 Juli 2012

Anggota Penguji

Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 197101031997021001

27 Juli 2012

Anggota Penguji

Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP. 196810041999031002

27 Juli 2012

Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan telah memenuhi syarat

pada tanggal 27 Juli 2012

Direktur Program Pasca Sarjana UNS Ketua Prodi Magister Teknik Mesin

Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S

NIP. 19610717 1986 1 001

Dr. Techn. Suyitno, ST., MT

NIP. 197409022001121002


commit to user

iv

PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :

1. Tesis yang berjudul : “ OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT

SERAT GELAS” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta

tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk

memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai

acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka.

Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka

saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan

(Permendiknas No.17, tahun 2010)

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain

harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS

sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester

(enam bulan sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari

sebagian atau keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin PPs UNS

berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi

Magister Teknik Mesin PPs UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari

ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang

berlaku.

Surakarta, 27 Juli 2012

Mahasiswa

Sugiyanto

NIM. S951002008


commit to user

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan

karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul "Optimasi

Kekuatan Sambungan Komposit Serat Gelas". Adapun tujuan penulisan Tesis ini

adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Magister Teknik

di Prodi Magister Teknik Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua

pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan Tesis ini, khususnya

kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT selaku pembimbing I

2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT selaku selaku pembimbing II dan Ketua

Laboratorium Material Teknik Mesin UNS.

3. Bapak Dr. Techn. Suyitno, ST., MT selaku Ketua Prodi Magister Teknik Mesin

UNS dan Pembimbing Akademik.

4. Para Dosen Prodi Magister Teknik Mesin UNS

5. Bapak Teguh Triyono. ST selaku Ketua Laboratorium Proses Produksi FT UNS.

6. Bapak, Ibu, dan Mertua tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik

moril maupun materil.

7. Istri dan kedua anak saya yang setia menemaniku dan memberiku semangat.

8. Maruto Adhi Prabowo, Arifin Muntoha, Endriyanto yang membantu dalam

pengujian dan pembuatan spesimen.

9. Rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Mesin UNS.

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu dalam penulisan Tesis. Penulis berharap penelitian ini dapat

dikembangkan dan dilanjutkan oleh para pembaca.


commit to user

vi

Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap Tesis ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca.

Surakarta, Juli 2012

Penulis


commit to user

vii

Sugiyanto. 2012.NIM : S951002008 Optimasi Kekuatan Sambungan Komposit Serat gelas. TESIS. Pembimbing I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh kekasaran permukaan, tebal adhesive dan jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan komposit serat gelas. Bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah resin unsaturated polyester 157 BQTN, serat gelas jenis E-Glass. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara hand lay-up. Parameter penelitian ini adalah kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive. Jenis sambungan komposit yang digunakan adalah lap joint. Sesuai dengan ASTM D 5868-95, pengujian geser dengan Universal Testing Machine. Hasil penelitian menunjukkan semakin kasar permukaan semakin tinggi kekuatan geser. Spesimen dengan kekasaran permukaan 12,54 µm kekuatan gesernya 4,37 MPa. Untuk variasi tebal adhesive, semakin tebal adhesive semakin rendah kekuatan gesernya. Berturut-turut, sambungan komposit jenis adhesive kekuatan tertingi pada adhesive epoksi, polyester dan chloroprene.

Kata kunci: Komposit, kekasaran, tebal, jenis adhesive, kekuatan geser


commit to user

viii

Sugiyanto. 2012. NIM S951002008, Strength Optimization Glass Fiber Composite Joint. Thesis. Supervisor I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Study of Mechanical Engeneering. Pos-graduate Program of Sebelas Maret University, Surakarta.

ABSTRACT

This research aims to investigate the influence of surface roughness, thick and type of adhesive joint strength glass fiber of composite. The composite were made from polyester resin 157 BQTN and glass fiber type E-Glass. Composite was produced by hand lay-up method. The parameter in this research are surface roughness, adhesive thickness and adhesive type. The adhesive were used to embed the composite surface by using a lap joint type. Accordance to ASTM 5868-95, the specimen were conducted to Universal Testing Machine for shear testing. The result shows the high of surface, the higher of shear strenght. The specimen which 12,54 µm of surface roughness has 4,37 MPa of shear strength. For the variation of adhesive thickness, the more thickness of adhesive causes the decreacing of joint strength. Respectevely, the composite joint which has higher strength are epoxy adhesive, polyester and chloroprene. Key words: Composite, roughness, adhesive thickness, adhesive, shear strength


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman Judul ................................................................................................ i

Halaman Persetujuan ...................................................................................... ii

Halaman Pengesahan ..................................................................................... iii

Pernyataan Orisinilitas dan Publikasi Ilmiah .................................................. iv

Kata Pengantar ................................................................................................ v

Abstrak ............................................................................................................ vi

Daftar Isi ........................................................................................................ ix

Daftar Tabel .................................................................................................... xi

Daftar Gambar ................................................................................................. xii

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

A. Latar Belakang Masalah ............................................................... 1

B. Perumusan Masalah ....................................................................... 4

C. Tujuan Penelitian .......................................................................... 4

D. Manfaat Penelitian ........................................................................ 5

BAB II. TINJAUN PUSTAKA ...................................................................... 6

A. Komposit ...................................................................................... 7

B. Adhesive ........................................................................................ 11

C. Kekasaran Permukaan .................................................................. 15

D. Tegangan Geser ........................................................................... 15

BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................ 17

A. Alat dan Bahan ............................................................................ 18

B. Pelaksanaan Penelitian ................................................................ 19

C. Diagram Alir Penelitian ............................................................... 20

D. Pengujian Sambungan Komposit ................................................ 25

F. Hasil Pengujian Spesimen Sambungan ....................................... 27

G. Foto SEM ..................................................................................... 28

H. Analisa Data dan Pembahasan ..................................................... 28


commit to user

x

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................. 29

A. Kekasaran Permukaan ................................................................. 29

B. Tebal Adhesive ............................................................................. 32

C. Jenis Adhesive .............................................................................. 35

D. Pembahasan Proses Pengujian ........................................ ............. 37

BAB V. PENUTUP......................................................................................... 39

A. Kesimpulan ................................................................................... 39

B. Saran ............................................................................................. 39

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 40

LAMPIRAN


commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat ........................................ 9

Tabel 2. Spesifikasi epoksi......................................................................... 12

Tabel 3. Spesifikasi chloroprene ............................................................... 13

Tabel 4. Spesifikasi resin polyester ............................................................ 14

Tabel 5. Angka kekasaran permukaan ........................................................ 22

Tabel 6. Hasil perhitungan terhadap kekasaran .......................................... 29

Tabel 7. Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive ................................... 32

Tabel 8. Hasil perhitungan terhadap jenis adhesive .................................... 35


commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Serat gelas acak ......................................................................... 9

Gambar 2. Ilustrasi pengujian geser ............................................................. 16

Gambar 3. Alat yang digunakan penelitian .................................................. 17

Gambar 4. Bahan yang digunakan penelitian ............................................. 18

Gambar 5. Diagram alir penelitian ............................................................... 20

Gambar 6. Kekasaran permukaan ................................................................ 22

Gambar 7. Sambungan tumpang/lap joint ASTM D 5868-95 ..................... 22

Gambar 8. Proses pres pembuatan sambungan komposit ............................ 23

Gambar 9. Sambungan komposit dengan variasi kekasaran ........................ 23

Gambar 10. Sambungan komposit dengan variasi tebal adhesive ................. 24

Gambar 11. Sambungan komposit dengan jenis adhesive polyester ............. 25

Gambar 12. Skema pengujian geser sesuai ASTM 5868-95 ......................... 26

Gambar 13. Alat bantu menjepit sambungan komposit ................................. 26

Gambar 14. Alat bantu di cekam pada mesin UTM ...................................... 26

Gambar 15. Penampang sobekan variasi kekasaran, tebal 0,25 mm, epoksi 27

Gambar 16. Penampang sobekan variasi tebal adhesive................................ 27

Gambar 17. Penampang sobekan pada jenis adhesive tebal 0,25 mm ........... 28

Gambar 18. Hubungan kekasaran dan tegangan yang dihasilkan ................ 29

Gambar 19. Kerusakan di area komposit (a) 1,36 µm (b) 12,54 µm ............ 29

Gambar 20. Ilustrasi alur luasan penampang kerusakan ............................... 30

Gambar 21. Foto SEM dengan kekasaran 1,36 µm ..................................... 30

Gambar 22. Foto SEM dengan kekasaran 12,54 µm ................................... 30


commit to user

xiii

Gambar 23. Konsentrasi tegangan ................................................................. 31

Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser ........... 33

Gambar 25. Kerusakan di area komposit ....................................................... 33

Gambar 26. Foto SEM dengan tebal adhesive 0,25 mm . .............................. 33

Gambar 27. Foto SEM dengan tebal adhesive 1,75 mm . .............................. 34

Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan ............................ 35

Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive ............................. 36

Gambar 30. Foto SEM dengan polyester ....................................................... 36

Gambar 31. Foto SEM dengan chloroprene .................................................. 36

Gambar 32. Alat bantu yang dikembangkan .................................................. 38


commit to user

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Dewasa ini perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat pesat.

Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas, seperti untuk

peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara), konstruksi dan dunia

antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain: tahan korosi, rasio

antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan), murah dan proses

pembuatannya mudah. Di bidang transportasi terutama otomotif, penggunaan

material komposit sampai sekarang masih berkembang. Hal ini disebabkan karena

material logam semakin mahal serta tingkat kebutuhan komponen otomotif semakin

besar. Material komposit sebagai pengganti material logam sudah mulai diterapkan

seperti di INKA Madiun. Penggunaan material komposit hampir 60 %

menggantikan bahan dari logam dan pengurangan berat sampai 25%-30%. Adapun

serat yang banyak digunakan adalah jenis serat gelas/buatan yaitu serat gelas jenis E

– Glass dalam bentuk serat acak maupun serat anyam.

Material komposit mempunyai sifat ringan sehingga apabila digunakan untuk

konstruksi dan komponen kendaraan akan menghemat pemakaian bahan bakar.

Selain itu komposit mempunyai sifat struktur yang dapat disambung antara komposit

dengan komposit tanpa harus melalui proses pemanasan dan pemesinan, sehingga

akan menghemat energi. Struktur material komposit dapat digunakan sebagai

1


commit to user

2

material sambungan dengan menggunakan suatu adhesive sehingga akan mengurangi

ketergantungan material logam sebagai bahan tambahan yang harganya mahal.

Dengan penggunaan sambungan material komposit ini dikembangkan untuk

mendukung pengembangan konstruksi kendaraan berbahan bakar energi terbarukan.

Hufenbach (2007) meneliti tentang sistem penyambungan antara komposit-

logam aluminium dengan sambungan keling. Kedua material dikenai uji tarik dan

geser statis. Pada pengujian ini terjadi kelelahan dan terjadi perambatan retak di

sekitar lubang sambungan keling.

Penggunaan material komposit pada suatu struktur harus memenuhi kriteria

kemampuan, kenyamanan dan keamanan yaitu sambungan (Schwartz 1984). Metode

penyambungan yang dapat diterapkan pada material komposit adalah mechanical

method, dan adhesive bonding, serta gabungan keduanya. Mechanical method

menggunakan baut/pin dan sejenisnya sebagai media penyambung, sedangkan

adhesive bonding menggunakan adhesive/perekat sebagai media penyambung

(Schwartz 1984). Ketiga metode penyambungan tersebut, adhesive bonding

merupakan metode yang paling tepat untuk menyambung elemen-elemen tersebut.

Metode ini tidak akan merusak serat dan distribusi beban akan merata, mampu

menahan beban yang lebih besar daripada mechanical method, dan penggunaan

metode penyambungan ini tidak menambah berat material (Fassio 2005).

Menurut Fassio (2005) efisiensi suatu struktur yang terbuat dari elemen-

elemen fiber reinforced polymer (FRP), sangat dipengaruhi oleh

kekuatan/ketangguhan sambungannya, sehingga perlu model sambungan yang tepat.

Tokgoz (1998) melakukan pengujian tarik terhadap sambungan kayu tipe end


commit to user

3

grained joint, yang meliputi tiga model sambungan, yaitu model half lap joint,

mortise and tenon, serta double mortise and tenon. Dari ketiga model sambungan

tersebut, half lap joint merupakan model sambungan yang paling kuat.

Sambungan adhesive merupakan solusi dalam rangka penghematan bahan

dan estetika/kerapian. Sambungan adhesive selalu digunakan secara luas dalam

berbagai jenis sambungan struktur yang terbuat dari bahan logam, komposit dan

keramik. Selama ini proses penyambungan dilakukan dengan sambungan las,

sambungan mur-baut, sambungan keling, brazing dan lain-lain. Penggunaan

sambungan adhesive mempunyai kelebihan tentang variasi temperatur, menahan

kelembaban, ketahanan terhadap fatik, mudah menyambung bahan yang berbeda,

tidak mengubah sifat bahan yang disambung dan mengurangi kemungkinan korosi

yang terjadi (Yusep 2005).

Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media

perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan

kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive

resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya lebih

homogen dan sangat kuat.

Penelitian-penelitian yang sudah dilakukan menunjukkan bahwa kekuatan

yang diperoleh dari suatu material berbanding lurus dengan biaya yang dikeluarkan.

Hal ini tidak menguntungkan karena dapat mengurangi nilai jual terhadap produk

tersebut. Mengkaitkan dengan rancangan sambungan, perlu dilakukan suatu

rancangan yang efektif dan aman yaitu pemakaian kekasaran permukaan, tebal

adhesive, jenis adhesive.


commit to user

4

Penelitian mengenai sambungan masih banyak membahas sambungan logam,

termasuk penelitian-penelitian di atas, sedangkan sambungan komposit belum

banyak yang mempergunakannya. Dengan pertimbangan di atas, maka perlu

dilakukan penelitian tentang sambungan komposit-komposit. Sambungan yang

digunakan lap joint, yang diperluas dengan kekasaran permukaan, tebal adhesive

dan jenis adhesive.

B. Perumusan Masalah

Dari uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan, bagaimana pengaruh

pemakaian kekasaran permukaan, tebal adhesive serta jenis adhesive terhadap

kekuatan sambungan?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh kekasaran permukaan terhadap karakteristik kekuatan

sambungan serat gelas.

2. Mengetahui pengaruh tebal adhesive terhadap kekuatan sambungan serat gelas.

3. Mengetahui pengaruh jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan

4. Mengetahui tentang patah permukaan (fracture surface) terhadap kekuatan

sambungan serat gelas.


commit to user

5

D. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat dipakai sebagai kajian teoritis dan praktis

bagi pihak-pihak terkait yang berkompeten dalam bidang penelitian dan industri,

yaitu:

1. Secara teoritis dapat dipakai untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekuatan

sambungan material komposit serat gelas dengan kekasaran permukaan, tebal

adhesive, jenis adhesive yang berbeda.

2. Secara praktis dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan bagi bidang industri

pemakai material komposit terhadap sambungan yang selama ini memakai

sambungan logam.

3. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai salah satu bahan pertimbangan

dan referensi untuk membuat penelitian tentang sambungan komposit.


commit to user

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Teknologi material komposit dengan menggunakan serat gelas sebagai

penguat telah banyak dikembangan untuk dapat menggantikan material logam. Hal

ini disebabkan karena material logam terbatas dan mahal. Serat gelas yang digunakan

sebagai penguat komposit tersebut mempunyai berbagai keunggulan, diantaranya;

harga murah, mampu meredam suara, ramah lingkungan, mempunyai densitas

rendah, dan kemampuan mekanik yang tinggi. Komposit serat gelas banyak

digunakan sebagai interior mobil, peredam akustik, body kendaraan dan panel pintu

hal ini disebabkan karena penggunaan serat gelas sebagai penguat komposit dapat

mengurangi pemakaian material logam hampir 80%.

Broughton (2008) meneliti tentang pengaruh panjang ikatan terhadap

kekuatan sambungan adhesive dengan uji tarik. Jenis sambungan tipe single-lap joint

dengan variasi panjang ikatan 12,5 mm; 25,0 mm; dan 50,0 mm, dengan dimensi

spesimen mengacu pada ASTM D 3164-97. Hasil penelitian menunjukkan semakin

panjang ikatan, maka semakin kuat sambungan tersebut.

Canyurt (2008) melakukan penelitian tentang sambungan model U atau

model lurus dengan material komposit-komposit, komposit–aluminium 5083,

komposit–logam ST 37. Jenis adhesive Loctite Hysol 9464 A&B dengan ketebalan ta

= 0,1 mm, 0,2 mm, 0,4 mm. Pengujian tarik didapatkan tegangan tarik/tekan

maksimum pada komposit-logam ST 37 sebesar 37,38 kN.

6


commit to user

7

Brian (2009) mengatakan model sambungan X yang diterapkan pada geladak

kapal mengalami kegagalan dalam kasus penekanan dan tarik, hal ini disebabkan

oleh beban tarik pada sambungan jenis X akibat cacat pada corenya. Jenis adhesive

yang digunakan adalah Reichhold NORPOL FI-177 model isotropic, material elastis

dan linier. Pengujian tekan dengan adhesive ini mendapatkan Modulus Young

sebesar 289 MPa dan Poisson ratio 0,30 MPa.

Antonino (2010) melakukan penelitian antara komposit-logam aluminium

menggunakan adhesive adekti dan SP 106, tebal 0,5 dan 1,5 mm dengan sambungan

tumpang. Hasil pengujian geser ASTM D1002 menunjukkan tebal adhesive akan

mempengaruhi tingkat kegagalan pada permukaan logam.

A. Komposit

Material komposit adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih yang

memilik sejumlah sifat yang tidak mungkin dimiliki oleh masing-masing komponen.

Pada bahan komposit bahan pembentuknya masih terlihat seperti aslinya (Budinski

2003). Salah satu bahan komposit adalah plastik yang diperkuat serat. Dipilihnya

serat gelas oleh pendesain material karena dapat menghasilkan sifat gabungan yang

tidak mungkin diperoleh pada jenis bahan lain seperti ringan, tangguh, tahan korosi,

warna tahan lama, transparan, mudah pemrosesannya (Hosen 2001).

FRP (Fiber Reinforced Plastic) mempunyai dua unsur bahan yaitu serat dan

bahan pengikat serat yang disebut dengan matriks. Unsur utama dari bahan komposit

adalah serat, serat inilah yang menentukan karakteristik suatu bahan seperti

kekuatan, keuletan, kekakuan dan sifat mekanik yang lain. Serat menahan sebagian


commit to user

8

besar gaya yang bekerja pada material komposit, sedangkan matriks mengikat serat,

melindungi dan meneruskan gaya antar serat.

1. Serat

Serat dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama yang menahan

beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari

kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan (diameter serat mendekati

ukuran kristal) maka semakin kuat bahan tersebut, karena minimnya cacat pada

material. Selain itu serat juga merupakan unsur yang terpenting, karena seratlah

nantinya yang akan menentukan sifat mekanik komposit tersebut seperti

kekakuan, keuletan, kekuatan. Serat terdiri dari serat alam (jute, kapas, wol, sutra,

dan rami) dan serat sintetis (gelas, karbon, rayon, dan nilon ).

Serat gelas

Serat gelas banyak digunakan sebagai bahan komposit, seperti yang telah

diterapkan di INKA Madiun. Serat gelas mempunyai kekuatan tarik yang tinggi

serta tahan terhadap bahan kimia dan mempunyai sifat isolasi yang baik.

Sementara kekurangannya dari serat gelas adalah modulus tariknya rendah, massa

jenis relatifnya tinggi, sensitif terhadap gesekan dan kekerasannya tinggi. Fungsi

utama dari serat gelas adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga

tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan,

karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matriks

yang diteruskan ke serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban

maksimum.


commit to user

9

Gambar 1. Serat gelas acak (Sumber: Justus Semarang, 2011)

Serat yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat gelas jenis E –

glass model acak. Serat gelas jenis E-glass adalah salah satu jenis serat yang

dikembangkan sebagai penyekat atau bahan isolasi. Jenis ini mempunyai

kemampuan bentuk yang baik. Adapun kelebihan serat gelas jenis E-glass adalah

produksi tinggi, kekuatan tinggi, densitas relatif rendah, tidak mudah terbakar,

tahan terhadap panas, relatif tidak peka terhadap kelembaban, sebagai isolator

yang baik. Kekurangan dari serat gelas jenis E-glass adalah modulus rendah,

densitas lebih tinggi dibanding dengan serat karbon dan serat organik.

Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat gelas (Mueler 2003)

No Jenis serat

E - glass C-glass S-glass

1 Isolator listrik yang

baik

Tahan terhadap

korosi

Modulus lebih tinggi

2 Kekakuan tinggi Kekuatan lebih

rendah dari E-glass

Lebih tahan terhadap

suhu tinggi

3 Kekuatan tinggi Harga lebih mahal

dari E-glass

Harga lebih mahal

dari E-glass


commit to user

10

Spesifikasi serat gelas jenis E-glass adalah diameter 5-25 mm, kekuatan

tarik 1800 MPa, modulus elastisitas 69,0-73,0 GPa, massa jenis 2,55 g/cm3,

regangan maksimum 2,5-30 %, spesifik kekuatan tarik 73,4 MPa, spesifik

kekakuan 2,98 MPa (Mueler 2003)

2. Matriks

Dalam pembuatan sebuah komposit, matriks berfungsi sebagai pengikat

bahan penguat, dan juga sebagai pelindung partikel dari kerusakan oleh faktor

lingkungan. Beberapa bahan matriks dapat memberikan sifat-sifat yang

diperlukan sebagai keliatan dan ketangguhan. Penelitian ini matriks yang

digunakan adalah polimer termoset dengan jenis resin polyester.

Matriks resin polyester paling banyak digunakan terutama untuk aplikasi

konstruksi ringan dan harganya murah. Resin polyester ini mempunyai

karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai, transparan, dapat dibuat kaku dan

fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Resin polyester dapat

digunakan pada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel resin

dan keperluannya.

Keuntungan lain matriks resin polyester adalah mudah dikombinasikan

dengan serat dan dapat digunakan untuk semua bentuk bentuk penguatan plastik.

3. Fraksi volume

Jumlah kandungan serat dalam komposit, merupakan hal yang menjadi

perhatian khusus pada komposit berpenguat serat. Untuk memperoleh komposit

berkekuatan tinggi, distribusi serat dengan matriks harus merata pada proses

pencampuran agar mengurangi timbulnya void.


commit to user

11

B. Adhesive

Kata adhesive berasal dari bahasa latin adhaerere yang berarti melekatkan.

Secara terminologi, adhesi adalah suatu proses interaksi zat padat maupun cair dari suatu

bahan (adhesive atau adherent) dengan bahan yang lain (adherend) pada sebuah

permukaan. Adhesive juga harus mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia dan

panas, supaya dalam keadaan tersebut daya adhesive tidak mudah rusak. Adhesive

dapat digolongkan menjadi 2 yaitu thermoplastik dan thermosetting. Dalam

penelitian ini adhesive yang digunakan dalam sambungan komposit adalah epoksi

resin, polyester resin, chloroprene.

1. Epoksi

Resin epoksi merupakan jenis resin termoset. Resin epoksi mempunyai

kegunaan yang luas dalam industri kimia teknik, listrik, mekanik, dan sipil

sebagai bahan perekat, cat pelapis, dan benda-benda cetakan. Resin epoksi

mempunyai ketahanan kimia yang baik, tahan terhadap suhu tinggi, sedikit

mengalami penyusutan, kekuatan mekanis yang baik. Adhesive ini memiliki

kelemahan tidak tahan terhadap larutan asam.

Resin epoksi berbentuk cair dengan 2 campuran, satu epoksi hardener tipe

general purpose (polyaminoamida), kedua epoksi resin tipe general purpose

(bispenola epichlorohidrin) dengan perbandingan 1 : 1.


commit to user

12

Tabel 2. Spesifikasi Epoksi

Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal

Massa jenis Gram/cm3 1,17

Penyerapan air (suhu ruang) °C 0,2

Kekuatan tarik Kgf/mm2 5,95

Kekuatan tekan Kgf/mm2 14

Kekuatan lentur Kgf/mm2 12

Temperatur pencetakan °C 90

Sumber : Justus Semarang, 2011

Produk resin epoksi merupakan kondensat dari isfenol dan epiklorhidrin.

Resin epoksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanis dan

ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan

pencampuran dengan pengerasnya. Sifat lain adalah mempunyai kekuatan tinggi

dan suhu tinggi, relatif pada suhu rendah, mudah digunakan, biaya rendah, mampu

tahan pada suhu -40°C sampai +100°C (Banea 2009).

Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media

perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan

kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive

resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya

lebih homogen dan sangat kuat.

Resin epoksi juga banyak dipakai untuk pengecoran, pelapisan, dan

perlindungan bagian-bagian listrik, campuran cat dan perekat. Resin epoksi, yang

telah diawetkan mempunyai sifat daya tahan kimia dan stabilitas dimensi yang

baik, sifat listrik yang baik, kuat dan daya lekat pada gelas dan logam yang baik.

Resin epoksi digunakan untuk membuat panel sirkuit cetak, tangki, dan cetakan,


commit to user

13

karena resin epoksi tahan aus dan tahan kejut, bahan ini banyak digunakan untuk

membuat cetakan tekan untuk pembentukan logam.

2. Chloroprene adhesive

Perekat serbaguna dengan kemampuan cepat merekat dan dalam kondisi

permukaan kotor serta mampu tahan suhu -40°C sampai +120°C (Banea 2009)

dan mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia, sinar matahari, cuaca.

Tabel 3. Spesifikasi Chloroprene


Spesific grafity - 1,23

Tensile strength Psi 4000

Viscocity Cps 4000

Flexure modulus Kg/mm2 300

Elongasi % 1,6


Adhesive ini digunakan menyambung logam dengan logam atau plastik,

sebagai perekat untuk lantai, laminasi kertas, tekstil dan sebagai perekat lainnya

(Glen 2009). Chloroprene memiliki kekuatan tarik yang tinggi yaitu 20,7-27,6

MPa. Chloroprene tersusun atom monomer-monomer C4H5CL yang membuat

rantai molekul yang saling berdekatan.

3. Resin polyester adhesive

Resin polyester selain berfungsi sebagai matriks dalam struktur komposit,

resin polyester ini sebagai adhesive. Adhesive ini terbentuk dari reaksi antara

dipolyalcohol dan asam polibasa (Glen 2009).


commit to user

14

Tabel 4. Spesifikasi resin polyester 157 BQTN-EX


Spesific grafity - 1,215

Barcol hardness - 40

Heat distortion temp C 70

Water absorbtion %

%

0,188

0,466

Tensile strength Kgf/mm2 5,5

Flexure strength Kgf/mm2 9,4

Flexure modulus Kgf/mm2 300

Elongasi % 1,6


Keunggulan dari resin polyester adhesive adalah pengerjaan mudah, proses

pengerasan/curing cepat tanpa menimbulkan gas, warnanya terang, dimensinya

stabil dan memiliki sifat fisis serta tahanan listrik yang baik. Pemberian bahan

tambah katalis MEKPO pada resin polyester berfungsi untuk mempercepat proses

pengerasan cairan resin polyester/curing pada suhu lebih tinggi. Penambahan

katalis dalam jumlah yang banyak akan menimbulkan panas yang berlebih pada

proses curing. Hal ini dapat menurunkan kualitas/ merusak produk komposit.

Oleh karena itu pemakaian katalis dibatasi maksimal 1% dari volume resin (Justus

2001)


commit to user

15

C. Kekasaran Permukaan

Permukaan adalah batas yang memisahkan benda padat dengan sekelilingnya.

Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam pemberian adhesive

sebagai media penyambung. Proses penyambungan secara lap joint kedua penampang

permukaan komposit memerlukan kekasaran. Parameter kekasaran permukaan berguna

untuk mengindentifikasi besarnya kekasaran permukaan. Pengukuran kekasaran

menggunakan alat pengukur kekasaran (Surface Roughness Tester ).

Daniel (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan komposit dengan

mesin freis. Parameter yang digunakan adalah kecepatan potong 46 rpm, 70 rpm, 105

rpm didapatkan tingkat kekasaran permukaan sebesar 5,6 µm, 3,6 µm, 3,2 µm.

Naven (2009) membuat kekasaran permukaan dengan mesin CNC untuk

material pipa komposit. Putaran mesin yang digunakan 4500 Rpm dengan hasil

kekasaran minimum 2,3 µm dan maksimum 4,07 µm.

Syed (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan dengan mesin bubut

untuk pipa komposit bahan serat gelas jenis E-glass dan adhesive yang digunakan

epoxy. Variasi kecepatan potong 40 rpm, 60 rpm, 95 rpm, 145 rpm, 225 rpm dengan

hasil 3,85 µm, 3,73 µm, 3,40 µm, 3,04 µm, 3,20 µm.

D. Tegangan Geser

Tegangan geser merupakan tegangan yang bekerja sejajar atau menyinggung

permukaan. Ketika suatu penampang mendapat dua gaya yang sama besar dan

berlawanan arah, dan bekerja secara tangensial pada penampang tersebut, akibatnya

benda tersebut cenderung robek melalui penampang tersebut.


commit to user

16

P Material komposit Adhesive

P

Material komposit

Gambar 2. Ilustrasi pengujian geser

Tegangan geser (Popov 1996) :

AP

=t …………………………………................................................................. (1)

Dimana :

t = Tegangan geser (MPa)

P = Beban tarik (N)

A = Luas penampang geser (mm2)


commit to user

17

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Alat dan Bahan

1. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 3. Alat yang digunakan penelitian

Keterangan :

a) Mesin uji Universal Testing Machine ( UTM ) merk Sans/SHT-1046

b) Timbangan elektronik HR 200 AND

c) Universal Milling Machine model Wannan Machine Tool Works

d) Surface Roughness Tester SURFOME 120 A

17


commit to user

18

2. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Gambar 4. Bahan yang digunakan dalam penelitian


commit to user

19

Keterangan :

a) Serat gelas acak sumber dari PT. Justus Kimia Raya Semarang.

b) Resin Unsaturated polyester Yucalac® 157 BQTN-EX.

c) Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Perokside)

d) Releaser Mirror Glase Wax/FRP Wax, sumber dari PT. Justus

e) Adhesive epoxy,

f) Chloroprene dari PT. Justus Kimia Raya Semarang.

B. Pelaksanaan dan Pengambilan Data Penelitian

a. Pembuatan Spesimen, Pengujian Kekasaran Permukaan, Pengujian Geser di

Laboratorium Program Studi Teknik Mesin UNS.

b. Foto SEM dilaksanakan di FMIPA Universitas Negeri Malang.


commit to user

20

C. Diagram Alir Penelitian

Gambar 5. Diagram alir penelitian

Mulai

Serat Gelas Acak Matriks ( UPRs BQTN 157 EX )

Selesai

Hasil Akhir

Variabel kekasaran permukaan:(12,54 µm, 8,43 µm, 5,08 µm, 1,36 µm) ( Tebal adhesive 0,25 mm, Adhesive Epoksi)

Pembuatan spesimen, Tebal Adhesive: (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm)

(Kekasaran 12,54 µm, Adhesive Epoksi)

Pembuatan spesimen, Jenis Adhesive: Epoksi, Polyester, Chloroprene (Kekasaran 12,54 µm, Tebal 0,25 mm)

Pengujian Geser, Foto SEM

Hasil Tahap I

Hasil Tahap



Hasil Tahap II

Spesimen Vf = 0,3


commit to user

21

Langkah penelitian

1. Persiapan pembuatan spesimen

Pembuatan spesimen menggunakan fraksi volume 30% (0,3) yaitu

perbandingan volume antara serat dan matriks sebesar 30% serat dan 70%

matriks. Katalis yang digunakan sebesar 1 % dari berat resin. Spesimen dibuat

secara hand lay-up, dimana serat gelas ditempatkan pada dasar cetakan, yang

sebelumnya telah dituang campuran resin polyester BQTN 157-EX dan katalis

MEKPO. Kemudian di atas serat gelas dituang campuran resin termosetting

BQTN 157-EX dan katalis MEKPO sampai semua serat gelas terendam. Cetakan

penutup dipasang di atas spesimen dan dibiarkan mengeras pada temperatur ruang

selama 2 jam.

2. Pembuatan kekasaran permukaan

Dalam pembuatan sambungan komposit, kedua permukaan komposit

dikasarkan dengan proses pemesinan menggunakan mesin milling. Variasi

kekasaran permukaan yang didapatkan berdasarkan variabel yaitu putaran

spindle/kecepatan potong (55 Rpm, 102 Rpm, 178 Rpm, 310 Rpm) dengan

kecepatan makan tetap (24,5 feed per menit) dan sudut pahat potong 15º.

Kedalaman pemotongan 0,1 mm dibuat seragam. Setelah didapatkan kekasaran

permukaan, dilakukan pengukuran kekasaran permukaan dengan Surface

Roughness Tester untuk mendapatkan angka kekasaran (Ra) seperti yang

ditunjukkan pada Tabel 5.


commit to user

22

Tabel 5. Angka kekasaran permukaan hasil pengukuran

No Putaran Spindle

(Rpm) Harga

Kekasaran (µm) Angka

Kekasaran Tingkat

Kekasaran

1 55 12,54 N10 Sangat Kasar 2 102 8,43 N9 - N10 Kasar 3 178 5,08 N8 – N9 Agak Kasar 4 301 1,36 N7 Agak Halus

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 6. Kekasaran permukaan a) 12,54 µm, c) 5,08 µm b) 8,43 µm, d)1,36 µm

3. Pembuatan sambungan komposit

g) h) i)

t

64,5 mm 101,6 mm

Gambar 7. Sambungan tumpang/lap joint ASTM 5868-95

25,4

mm


commit to user

23

a. Kekasaran permukaan

Pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D 5868-95.

Dalam pembuatan sambungan komposit dengan variabel kekasaran

permukaan sebagai berikut: tebal adhesive 0,25 mm, adhesive yang

digunakan epoksi, variasi kekasaran permukaan seperti pada Tabel 5.

Untuk menentukan ketebalan sambungan adhesive, diperlukan alat bantu

berupa plat yang mempunyai tebal ± 0,25 mm (diukur dengan

mikrometer). Proses penyambungan dengan cara dipres terlihat Gambar 8.

Proses pengeringan selama 24 jam. Setiap variabel berjumlah 5 spesimen

seperti Gambar 9. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan Universal

Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 8. Proses pres pembuatan sambungan komposit

Gambar 9. Sambungan komposit dengan variasi kekasaran


commit to user

24

b. Tebal adhesive

Dalam pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D

5868-95 dengan variasi tebal adhesive. Variabel yang digunakan adalah

tebal (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm), adhesive yang digunakan

epoksi serta kekasaran permukaan yang mempunyai kekuatan sambungan

paling besar. Adapun cara pembuatan sambungan prinsipnya sama seperti

pembuatan sambungan pada kekasaran permukaan. Tebal adhesive

diambil secara urut sebesar 0,25 mm dan seterusnya. Untuk menentukan

ketebalan adhesive diperlukan alat bantu berupa plat yang mempunyai

tebal 0,25 mm sampai 1,75 mm (diukur dengan mikrometer). Setelah

dilakukan proses penyambungan, selanjutnya dikeringkan dalam suhu

ruang selama 24 jam. Spesimen sambungan komposit setelah jadi,

dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan

foto SEM.

Gambar 10. Sambungan komposit dengan variasi tebal adhesive

c. Jenis adhesive

Jenis adhesive yang digunakan dalam sambungan tumpang/lap

joint ini ada 3 yaitu epoxy adhesive, chloroprene adhesive, polyester


commit to user

25

adhesive resin. Ketiga jenis adhesive tersebut dicari jenis adhesive yang

mempunyai kekuatan sambungan yang paling kuat atau baik. Dalam

pembuatan sambungan jenis adhesive ini menggunakan tebal adhesive

0,25 mm dengan kekasaran permukaan 12,54 µm. Perbandingan

pemakaian adhesive epoksi 1 : 1, untuk adhesive resin polyester 100 ml

dan 1% katalis, serta chloroprene. Setiap sambungan dikeringkan dalam

suhu ruang selama 24 jam. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan

Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 11. Sambungan komposit dengan adhesive polyester

D. Pengujian Sambungan Komposit

Pengujian yang dilakukan adalah pengujian geser di Laboratorium Material

Teknik Mesin UNS dengan menggunakan Universal Testing Machine (UTM).

1. Beban rata-rata dengan kelajuan : 50 mm/menit

2. Beban maksimum mesin uji tarik : 100 ton

3. Skema pengujian sesuai ASTM 5868-95


commit to user

26

Gambar 12. Skema pengujian geser sesuai ASTM 5868-95

Gambar 13. Alat bantu menjepit sambungan komposit

Gambar 14. Alat bantu di cekam pada mesin UTM

P

P


commit to user

27

E. Hasil Pengujian Spesimen Sambungan

1. Kekasaran permukaan

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 15. Penampang sobekan variasi kekasaran, tebal 0,25 mm, epoksi

(a) 12,54 µm (b) 8, 43 µm (c) 5,08 µm (d) 1,36 µm

1. Tebal adhesive

(a) (b)

(c) (d)w

Gambar 16. Penampang sobekan variasi tebal adhesive

(a) 0,25 mm (b) 0,75 mm (c) 1,25 mm (d) 1,75 mm


commit to user

28

2. Jenis adhesive

(a) (b)

(c)

Gambar 17. Penampang sobekan pada jenis adhesive tebal 0,25 mm

(a) Adhesive epoksi (b) Adhesive polyester (c) Chloroprene

F.. Foto SEM

Foto SEM ini digunakan untuk mengetahui tentang ikatan adhesive yang

terjadi pada permukaan sambungan komposit.

G. Analisis Data dan Pembahasan

Analisa dilakukan dengan cara memproses data yang diperoleh dari hasil

pengujian. Dari data tersebut diperoleh nilai kekuatan sambungan. Pengamatan foto

SEM dilakukan untuk mendukung analisis dari sifat mekanis yang diperoleh.


commit to user

29

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Kekasaran Permukaan

Tabel 6. Hasil perhitungan terhadap kekasaran No Kekasaran permukaan (µm) Tegangan geser yang dihasilkan (MPa) 1 1.36 4.26 2 5.08 3.49 3 8.43 3.22 4 12.54 2.93

Gambar 18. Hubungan kekasaran dan tegangan yang dihasilkan

(a) (b)

Gambar 19. Kerusakan di area komposit (a) 1,36 µm (b) 12,54 µm

1 2 3

(a) (b)

Keterangan : 1. Kerusakan di komposit

2. Kerusakan di adhesive + polyester

3. Kerusakan di adhesive

Gambar 20. Ilustrasi alur luasan penampang kerusakan (a) Alur pendek (b) Alur lebar

29

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 2 4 6 8 10 12 14

Kekasaran (µm)

Teg

anga

n G

eser

(M

Pa)


commit to user

30

Gambar 21. Foto SEM dengan kekasaran 1,36 µm

Gambar 22. Foto SEM dengan kekasaran 12,54 µm

Semakin kasar permukaan sambungan, semakin tinggi kekuatan gesernya

(Gambar 18). Kekuatan geser terendah disebabkan oleh ikatan adhesive epoksi di

komposit lemah. Hal ini dibuktikan dengan adanya sebagian serat gelas yang lepas

dari komposit. Sementara itu pada permukaan komposit yang lebih kasar memiliki

kekuatan ikatan pada permukaan komposit yang kuat sehingga kekuatan gesernya

juga lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh permukaan kontak dengan adhesive yang

lebih besar pada permukaan yang lebih kasar.menjadikan semakin tinggi pula

kekuatan adhesive dalam mengikat komposit. Kekuatan geser yang tinggi juga

dibuktikan adanya serat gelas yang terlepas dari komposit cukup banyak (Gambar

19).

Epoksi Matriks

Serat Gelas

Epoksi

Serat gelas

Matriks


commit to user

31

Pengujian geser dengan alur yang pendek menyebabkan mengikatnya

adhesive ke permukaan komposit rendah, sementara itu dengan luasan alur yang

lebar mengikatnya adhesive semakin kuat (Gambar 20). Sifat mengikat antara

campuran matrik polyester dengan adhesive epoksi cukup baik sehingga kerusakan

terjadi pada komposit.

Konsentrasi tegangan Komposit

Gambar 23. Konsentrasi tegangan

Kerusakan diawali dari ujung sambungan, sehingga mempengaruhi perubahan

bentuk dan akan terjadi konsentrasi tegangan (Gambar 23). Dalam pengujian

sambungan komposit alat bantu tidak mampu menjamin terjadinya geser murni,

mengakibatkan terjadinya geser desak pada spesimen uji geser. Kemungkinan

kerusakan spesimen akan terjadi pada 3 area yaitu komposit, campuran+adhesive,

adhesive.Gaya desak arah taransversal akan mengakibatkan gaya desak luaran

lateral. Bagian spesimen dari 3 area tersebut diatas akan menyebabkan kerusakan

akibat gaya desak. Kerusakan spesimen terjadi pada area komposit.

Gambar 21. memperlihatkan kerusakan yang terjadi di daerah komposit, hal

ini menunjukkan bahwa campuran antara polyester dan adhesive mempunyai ikatan

yang cukup baik. Spesimen sambungan komposit terjadi perubahan bentuk, dimana

serat gelas yang lepas dari komposit dari matriks polyester tidak terlalu banyak.

Komposit dengan alur kasar adhesive epoksi mengikat di permukaan sambungan

akan kuat. Permukaan komposit yang kasar ternyata kerusakan juga terjadi pada

kompositnya, hal ini disebabkan komposit serat gelas dengan matriks polyester lebih

lemah dibandingkan dengan adhesive epoksi (Gambar 23).


commit to user

32

B. Tebal Adhesive

Tabel 7. Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive

No Tebal adhesive (mm) Tegangan geser yang dihasilkan (MPa) 1 0.25 4.26 2 0.5 3.49 3 1.25 3.22 4 1.75 2.93

Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser

Gambar 25. Kerusakan di area komposit

Gambar 26. Foto SEM dengan tebal 0,25 mm

0

1

2

3

4

5

6

0 0.5 1 1.5 2

Tebal Adhesive mm

Teg

an

gan

Ges

er (

MP

a)

Epoksi Matriks

Serat Gelas


commit to user

33

Gambar 27. Foto SEM dengan tebal 1,75 mm

Gambar 24. menunjukkan semakin tebal adhesive, kekuatan gesernya semakin

turun. Hal ini disebabkan mengikatnya adhesive di permukaan komposit tidak kuat.

Gaya geser yang terjadi pada adhesive akan menyebabkan tegangan geser, gaya

geser yang diberikan akan menyebabkan regangan geser (γ) yaitu adanya perubahan

atau pergeseran adhesive. Perubahan atau pergeseran akibat tebal adhesive berbeda,

maka regangan geser akan dipengaruhi oleh tebal tipisnya adhesive pada daerah

komposit. Regangan geser akan semakin kecil jika tebal bertambah, sehingga

tegangan geser yang bekerja menjadi turun.

Hal ini menunjukkan kekuatan komposit serat gelas dengan matriks polyester

lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan adhesive epoksi, sehingga kerusakan di

3 area terjadi pada komposit (Gambar 25).

Tebal adhesive 0,25 mm memiliki kekuatan geser paling tinggi, tetapi

kerusakan terjadi pada kompositnya (Gambar 26). Tebal adhesive 1,75 mm terjadi

kerusakan di komposit, hal ini disebabkan permukaan sambungan komposit memiliki

kekuatan yang lebih rendah/lemah dibandingkan dengan adhesive yang digunakan,

Epoksi

Serat Gelas

Polyester


commit to user

34

hal ini terlihat kemampuan mengikat adhesive di komposit kurang sehingg serat

gelas terlepas dari kompositnya (Gambar 27).

C. Jenis Adhesive

Tabel 8. Hasil perhitungan jenis adhesive

No Jenis adhesive Tegangan geser yang dihasilkan (MPa) 1 Epoksi 4.48 2 Polyester 2.86 3 Chloroprene 0.15

Hubungan antara Variasi Adhesivedengan Tegangan Geser

0

1

2

3

4

5

6

Epoksi Polyester Chloroprene

Variasi Adhesive

Teg

an

ga

n G

ese

r (

Mp

a)

Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan yang dihasilkan

(a) (b)

Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive


commit to user

35

Gambar 30. Foto SEM pada adhesive polyester

Gambar 31. Foto SEM pada adhesive chloroprene

Gambar 28. memperlihatkan sambungan komposit dengan adhesive epoksi

memiliki kekuatan geser tertinggi diantara dibandingkan adhesive lain (polyester dan

chloroprene. Adhesive epoksi memiliki kekuatan ikatan yang tinggi dengan

polyester, karena epoksi dan polyester mempunyai kemiripan unsur kimia yang

sama, seperti C, H dan O. Hal yang sama juga terjadi pada adhesive polyester

mempunyai kekuatan geser lebih tinggi dibandingkan dengan lem kuning. Hal ini

disebabkan adhesive polyester mempunyai sifat mengikat kuat dengan komposit

yang terbuat dari matrik polyester. Sambungan dengan adhesive polyester saat

pengujian pada 3 area tersebut, terjadi kerusakan di komposit dengan adhesive

Adhesive polyester

Lem Kuning

Serat gelas

Matriks


commit to user

36

polyester. Namun kekuatan ikatan adhesive chloroprene terhadap polyester jauh

lebih rendah, karena unsur-unsur yang terkandung didalalm chloroprene sangat

berbeda dengan unsur-unsur yang ada pada polyester (Gambar 29). (Gambar 30).

memperlihatkan adhesive polyester dengan matriks polyester terjadi suatu ikatan

yang kuat yang ditunjukkan dengan adanya serat gelas yang terlepas dari

kompositnya. (Gambar 31). memperlihatkan lem kuning hanya menempel di

permukaan komposit, sehingga kerusakan terjadi pada adhesive dan alur pada

komposit tampak tanpa adanya lem kuning tersisa.

D. Pembahasan Proses Pengujian

1. Sebelum pengujian, dilakukan mengukur dimensi spesimen sesuai dengan

ASTM 5868-95. Hasil pengukuran spesimen sambungan mayoritas tepat

ukurannnya sesuai dengan ASTM 5868-95, namun ada ukuran yang lebih atau

kurang dengan selisih 0,01 mm. Kemudian dilakukan penjepitan di alat bantu.

2. Proses pengujian, tahap awal pembebanan sampai batas tertentu spesimen akan

mengalami pergeseran, jika pada saat itu spesimen dilepas dari tegangan tanpa

meninggalkan bentuk. Regangan tetap hanya boleh sampai 0,01%. Jika beban

dinaikkan akan perubahan bentuk atau deformasi elastis. Pembebanan terus

dinaikkan, maka tegangan akan mencapai titik puncak sehingga spesimen akan

sobek. Hal ini akan terlihat bahwa spesimen menahan beban geser maksimum

sebesar kN dalam bentuk grafik serta angka pembebanan pada komputer. Hasil

beban geser maksimum (P kN) dalam bentuk grafik serta didapatkan data rata-

rata setiap spesimen yang mempunyai beban yang tertinggi. Hasil pembebanan


commit to user

37

digunakan untuk menghitung tegangan geser dengan beban dibagi luas

penampang area geser. Tegangan geser hasil perhitungan akan didapatkan nilai

tegangan geser yang optimum.

3. Hasil pengujian didapat bahwa ukuran spesimen sambungan yang berbeda,

mempengaruhi besarnya beban yang diterima oleh komposit. Begitu juga alat

bantu yang digunakan perlu adanya perbaikan untuk penelitian lebih lanjut

(Gambar 32).

Gambar 32. Alat bantu yang dikembangkan


commit to user

38

BAB V

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa :

1. Kekasaran suatu permukaan sangat berpengaruh terhadap kekuatan

sambungan, tetapi kerusakan sambungan banyak terjadi pada kompositnya.

2. Ketebalan adhesive mempunyai pengaruh terhadap kekuatan sambungan,

tetapi kerusakan sambungan juga terjadi pada komposit.

3. Sifat mampu ikat terjadi pada epoksi dan polyéster, sedangkan chloroprene

tidak mengikat hanya menempel dipermukaan komposit.

4. Hasil foto SEM untuk mengetahui perbedaan kegagalan ikatan adhesive pada

komposit.

B. SARAN

Untuk lebih mengembangkan di bidang sambungan komposit, maka

penulis memberikan saran :

1. Penelitian lanjutan tentang beberapa jenis sambungan, material yang

digunakan, dan jenis adhesive yang lain.

2. Penggunaan alat bantu harus diperhatikan, hal ini sangat berguna apabila

untuk menguji tebal adhesive yang tipis.

optimasi kekuatan sambungan komposit serat …/optimasi... · sambungan komposit serat gelas tesis...

Documents