penambahan persentase serat dan jumlah lapisan...

i

PENAMBAHAN PERSENTASE SERAT DAN JUMLAH

LAPISAN (1-3) TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT

FIBERGLASS-EPOKSI (BHISPENOL A-EPICHLOROHYDRIN)

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin

Disusun oleh :

ANTON KURNIAWAN

NIM : 145214010

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2018

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

FINAL PROJECT

ADDITIONAL PERCENTAGE OF FIBER AND NUMBER OF LAYER

(1-3) AGAINST TENSILE STRENGTH FIBERGLASS-EPOXY

(BHISPENOL A-EPICHLOROHYDRIN)

As Partical Fulfillment of the Requirement

To Obtained The Sarjana Teknik degree In Mechanical Engineering

By :

ANTON KURNIAWAN

Student Number : 145214010

MECHANICAL ENGINGEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINGEERING DEPARTMENT OF

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY OF

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2018


PENAMBAHAN PRESENTASE SERAT I}AN JUMLAII

LAPISAN (1.3} TERIIABAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT

F {.8 E * QrC-I'-S-&'rOirSt { I $r S ? E N O L A - E p IC r{ L O fr O H yD R ltrr)

I eiah disetujui oleh

Dosen Pembimbing Skripsi

Budi Setyahandana. S.'f.. M.I.

111


PENAMBAHAN PRESENT'ASE SIIRA'I- I}A N J UIVILAH

LAPISAN (1.3) TERHAI}AP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT

FI * X,RG LA SS- EPO KS I { * fl I SP E NO L A - {i P t C H LO frOr{YD fr I N)

Dipersiapkan dan ditulis olch :

Anton Kurniawan

NtM: 145214i)10

Telah dipertahankan dihadapan l)ewan Penguii Skripsi

Fakultas Sains dan Teknologi

Padatanggal l0 Juli 2018

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

1. Kctua

2. Sekretaris

3. Anggota

: Rl] Dwiseno Wihadi, S.'t., M"Si.

: Achilleus Hermawan A. M.Eng.

: Budi Setyahandana, S.T., M. f.

)'ogyakarta, 10 Juti 2018

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan,/L/-S.Si., M.Math.,Sc., Ph.D.

1V

G"Lre2t

@!a


v

HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini Kupersembahkan kepada :

1. Ibuku Maria Emiliana Ekowati dan nenekku Aloysia

Sri Suryani

2. Kakakku Ihwan Kurniawan dan adikku Agnes Kris

Perwitasari

3. Br. Petrus Paijan FIC

4. Br. Marianus FIC

5. Br. Petrus Sutimin FIC

6. Pengasuh dan karyawan Panti Asuhan Santa Maria

Boro

7. Odilia Tyas Sekar Galih

8. Dan semua teman-teman saya


HALAMAN PERNYATAAII KEASLIAIY KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang

pernah digunakan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggr,

dan sepanjang sepengetahuan sayajuga tidak terdapat ka"ya atau pendapat yang

pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu

dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, l0 Juli 2018

v1

Anton Kumiawan


LEMBAR PERIYYATAA}I PERSETUJUAN PUBLIKASIKARYA ILMIAH UNTI]K KEPENTINGAhI

AI(ADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasisvra Universitas Sanata Dharma :

Nama : Anton Kurniawan

Nomor Mahasiswa : 145214010

Demi pengembangan ilmu pengetahun saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

PENAMBAHAN PRESENTASE SERAT I}AIY JUMLAH

LAPISAFI (1.3) TEREADAP KEKUATAI\I TARIK KOMPOSIT

FIB E RGL,4S,S-/?POKSI @ HTSPENOL A-E PICHLOROT{YD RIN)

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk

kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan

royalti kepada saya selama tetap mencantumkan narna saya sebagai penulis.

Demikian pemyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, l0 Juli 2018

Anton Kurniawan

vlt


viii

INTISARI

` Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dari komposit serat

fiberglass dengan variasi penambahan persentase serat dan jumlah lapisan.

Komposit ini menggunakan serat fiber dengan arah anyam (woven roving) sebagai

bahan penguat, serta resin epoksi (Bhispenol A-Epichlorohydrin) dan epoksi

hardener (Polyaminoamide) sebagai bahan pengikat (matriks). Tujuan dari

penelitian ini adalah mengetahui kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas

dari komposit fiberglass arah serat anyam jika penambahan serat pada lapis 1

adalah 8,2%, lapis 2 adalah 15,1% dan lapis 3 adalah 21,1%.

Langkah pertama dalam pembuatan komposit fiberglass ini adalah dengan

menggunakan cetakan kaca yang berukuran 15 cm x 30 cm x 0,5 cm. Pembuatan

spesimen benda uji menggunakan standarisasi ASTM D638-2a. Spesimen dibuat

sebanyak lima buah pada setiap variasi penambahan persentase serat dan jumlah

lapisan.

Berdasarkan dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa

semakin bertambahnya lapisan serat maka membuat kekuatan tariknya bertambah.

Hal ini disebabkan oleh jumlah lapisan yang semakin banyak, dengan demikian

semakin banyak matriks yang mengikat serat sehingga kekuatan komposit

fiberglass semakin kuat. Kekuatan tarik rata-rata matriks sebesar 51,14 MPa,

komposit dengan penambahan persentase serat 8,2% sebesar 88,71 MPa,

komposit serat 15,1% sebesar 111,95 MPa dan komposit serat 21,1% sebesar

120,44 MPa. Nilai regangan pada matriks sebesar 3,44%, komposit dengan

penambahan serat 8,2% sebesar 9,00%, komposit serat 15,1% sebesar 11,79%

dan komposit serat 21,1% sebesar 15,14%

Kata Kunci : fiberglass, kekuatan tarik, regangan, komposit , resin epoksi


ix

ABSTRACT

This study was conducted to determine tensile strength of fiberglass

composites with variation in fiber additional percentage and number of layers.

This composite used fiberglass with woven roving as a reinforcing material, the

epoxy resin (Bhispenol A-Epichlorohydrin) and epoxy hardener

(polyaminoamide) type catalyst used as a binder (matrix). The purpose of this

research is to know tensile strength, strain and modulus of elasticity of woven

direction fiberglass composite when the addition of fiber in layer 1 is 8,2%, in

layer 3 is 15,1% and in layer 3 is 21,1% .

The first step to make this fiberglass composite is to use a 15 cm x 30 cm x 0.5

cm glass mold. Manufacture of specimen used ASTM D638-2 standardization.

Five specimens were made on each variation of fiber addition and number of

layers.

Based on this research, it can be concluded that increasing layer of fiber makes

the tensile strength increases. This is due to the increasing number of layers,

thereby increasing the number of matrix binding to fibers, so the strength of

fiberglass composites is stronger. Average tensile strength of matrix is 51,14 MPa,

composite with addition 8,2% of fiber is 88,71 MPa, 15,1% of fiber is 111,95

MPa and 21,1% of fiber is 118,84 MPa . The result of strain on the matrix is

3,44%, composite with addition 8,2% of fiber is 9,0%, 15,1% of fiber is 11,79%

and 21,1% of fiber is 14,26%.

Keywords: fiberglass, tensile strength, strain, composite, epoxy resin


x

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena

atas berkat dan perlindunganya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan

baik dan tepat waktu. Skripsi ini merupakan syarat yang harus diselesaikan untuk

mendapatkan gelar S-1 Sarjana Teknik Mesin di Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

Penulis sangat menyadari bahwa dalam menyelesaikan skripsi ini banyak

pihak yang senanantiasa memberikan bimbingan, masukan, nasihat serta motivasi

sehingga dalam penyusunan skripsi ini dapat berjalan dengan lancar dan baik.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisus Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang

senantiasa memberikan bimbimbingan dan arahan kepada penulis.

4. Stefan Mardikus, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Maria Emiliana Ekowati dan Aloysia Sri Suryani, selaku orang tua dari

penulis yang senantiasa memberikan dukungan berupa semangat,

motivasi maupun materi kepada penulis.

6. Ihwan Kurniawan dan Agnes Kris Perwitasari, selaku kakak dan adik

dari keluarga penulis yang selalu mendoakan penulis.

7. Pimpinan Panti Asuhan Santa Maria Bruder Petrus Paijan FIC dan

Pengasuh Bruder Marianus FIC yang telah membimbing, memberikan

motivasi dan dorongan maupun materi kepada penulis.

8. Seluruh staf dan Dosen pengajar di jurusan Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma yang telah mendidik, mendampingi dan membimbing

penulis dari awal perkulihan hingga dapat menyelesaikan skripsi

dengan baik.


xi

9. Seluruh Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2014 yang senantiasa

mendampingi penulis dari awal masuk kuliah hingga dapat

menyelesaikan penyusunan skripsi tepat waktu.

10. Odilia Tyas Sekar Galih yang telah mendampingi penulis hingga dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

11. Teman seperjuangan skripsi Agustinus Adi Ermawan dan Laurensius

Kristanto yang telah memberikan dukungan dalam pengerjaan skripsi

ini.

12. Teman seperjuangan kuliah Chrisostomos Misurdianto, Fransiskus

Xaverius Dimas Purba, Ade Wisnu Prabowo, Hanto Nurrohmad,

Erasmus Prakasita dan semua temen-teman Teknik Mesin 2014 yang

tidak dapat penulis sebutkan.

13. Almamaterku Universitas Sanata Dharma.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis menyadari masih banyak

kekurangan-keurangan yang harus diperbaiki, oleh sebab itu penulis sangat

mengharapkan adanya kritik dan saran yang membangun agar dapat

menyempurnakan untuk penelitian selanjutnya. Semoga skripsi ini dapat

bermanfaat bagi penulis maupun pembaca,.

Yogyakarta, 10 Juli 2018

Penulis


xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

TITLE PAGE ................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... v

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ILMIAH

UNTIK KEPENTINGAN AKADEMIS .......................................................... vii

INTISARI ......................................................................................................... viii

ABSTRACT ..................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ..................................................................................... x

DAFTAR ISI .................................................................................................... xii

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xv

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xvi

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

PENDAHULUAN ........................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 2

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

1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................... 4


xiii

BAB II .............................................................................................................. 5

DASAR TEORI ............................................................................................... 5

2.1 Dasar Teori ...................................................................................... 5

2.1.1 Pengertian Komposit ........................................................... 5

2.1.2 Bahan Utama Penyusun Komposit ...................................... 5

2.1.3 Klasifikasi Komposit ........................................................... 7

2.1.4 Polimer ................................................................................. 10

2.1.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi (FRP) ........................... 12

2.1.5.1 Orientasi Serat ............................................................ 12

2.1.5.2 Serat ............................................................................ 14

2.1.6 Kaidah Pencampuran Komposit .......................................... 18

2.1.7 Teknik Pembentukan Material Komposit ............................ 20

2.1.8 Pengujian Tarik .................................................................... 23

2.1.9 Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan ..................... 25

2.2 Kerusakan Komposit ....................................................................... 27

2.2.1 Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal ...................... 27

2.2.2 Kerusakan Akibat Beban Tarik Transvesal ......................... 28

2.2.3 Kerusakan Mikroskopik ....................................................... 28

2.3 Tinjauan Pustaka ............................................................................. 29

BAB III ............................................................................................................ 31

METODE PENELITIAN ................................................................................. 31

3.1 Skema Penelitian .............................................................................. 31

3.2 Persiapan Penelitian ......................................................................... 32

3.2.1 Alat-alat yang Digunakan .................................................... 32

3.2.2 Bahan-bahan yang Digunakan ............................................. 36

3.2.3 Perhitungan Komposisi Komposit ....................................... 37

3.3 Pembuatan Komposit ....................................................................... 39

3.4 Standar Benda Uji dan Ukuran Benda Uji....................................... 39

3.5 Cara Pengujian Tarik ....................................................................... 40


xiv

BAB IV ............................................................................................................ 42

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................................... 42

4.1 Hasil Penelitian ................................................................................ 42

4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Matrik ............................. 42

4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Komposit ........................ 45

4.1.3 Hasil Rata-rata Pengujian Benda Uji Tarik Matrik dan

Komposit .............................................................................. 52

4.2 Pembahasan ..................................................................................... 54

BAB V .............................................................................................................. 55

KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ 55

5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 58

5.2 Saran ................................................................................................ 58

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 60

LAMPIRAN ..................................................................................................... 62


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik resin epoksi ................................................................ 12

Tabel 2.2 Sifat-sifat serat kaca-E dan kaca-S .................................................. 15

Tabel 4.1 Dimensi matrik epoksi ..................................................................... 43

Tabel 4.2 Sifat mekanik matrik epoksi ............................................................ 43

Tabel 4.3 Dimensi komposit fiberglass lapis 1 ................................................ 45

Tabel 4.4 Sifat mekanik komposit fiberglass lapis 1 ....................................... 45

Tabel 4.5 Kekuatan Tarik, Regangan dan Modulus elastisitas komposit

fiberglass lapis 1 yang sudah di standar deviasi .............................. 46





Tabel 4.10 Kekuatan Tarik, Regangan dan Modulus Elastisitas komposit

Fiberglass lapis 3 yang sudah di standar deviasi ............................ 50

Tabel 4.11 Hasil nilai rata-rata Kekuatan tarik, Regangan, dan Modulus

Elastisitas komposit fiberglass ........................................................ 52


xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Fibrous composites ...................................................................... 8

Gambar 2.2 Laminated composites .................................................................. 9

Gambar 2.3 Particulate composites ................................................................. 9

Gambar 2.4 Orientasi serat ............................................................................... 13

Gambar 2.5 Grafik Hubungan antara kekuatan, Fraksi volume dan

Susunan serat ................................................................................ 13

Gambar 2.6 Struktur komposit ......................................................................... 14

Gambar 2.7 Continuous roving ........................................................................ 16

Gambar 2.8 Woven roving................................................................................ 17

Gambar 2.9 Copend strand mat ....................................................................... 17

Gambar 2.10 Interface dan Interphase ............................................................ 19

Gambar 2.11 (a) Crack (b) Interface................................................................ 19

Gambar 2.12 Proses pencetakan semprot......................................................... 21

Gambar 2.13 Proses pencetakan tangan ........................................................... 21

Gambar 2.14 Proses pengemasan vakum ......................................................... 22

Gambar 2.15 Proses pultrusion ........................................................................ 22

Gambar 2.16 Proses pemindah cetakan resin ................................................... 23

Gambar 2.17 Mesin Uji Tarik .......................................................................... 24

Gambar 2.18 Kurva tegangan-regangan .......................................................... 24

Gambar 2.19 Spesimen ASTM D638-2a ......................................................... 25

Gambar 2.20 Kerusakan pada komposit beban tarik longitudinal ................... 27


xvii

Gambar 2.21 Kerusakan pada komposit akibat beban tarik transversal .......... 28

Gambar 3.1 Proses Jalannya Penelitian ........................................................... 31

Gambar 3.2 Cetakan kaca ................................................................................ 32

Gambar 3.3 Timbangan .................................................................................... 33

Gambar 3.4 Gelas ukur .................................................................................... 33

Gambar 3.5 Sekop ............................................................................................ 33

Gambar 3.6 Vernier caliper .............................................................................. 34

Gambar 3.7 Gunting ......................................................................................... 34

Gambar 3.8 Sarung tangan ............................................................................... 34

Gambar 3.9 Masker .......................................................................................... 35

Gambar 3.10 Gerinda tangan ........................................................................... 35

Gambar 3.11 Amplas 1000 .............................................................................. 35

Gambar 3.12 Mesin uji tarik ............................................................................ 36

Gambar 3.13 Fiberglass ................................................................................... 36

Gambar 3.14 Epoxy dan Hardener .................................................................. 37

Gambar 3.15 Mirror glaze ............................................................................... 37

Gambar 3.16 Standar benda uji tarik................................................................ 40

Gambar 4.1 Grafik kekuatan tarik matrik epoksi ............................................. 44

Gambar 4.2 Grafik regangan matrik epoksi ..................................................... 44

Gambar 4.3 Grafik modulus elastisitas matrik epoksi ..................................... 45

Gambar 4.4 Grafik kekuatan tarik komposit fiberglass lapis 1 ....................... 46

Gambar 4.5 Grafik regangan komposit fiberglass lapis 1................................ 47


xviii

Gambar 4.6 Grafik modulus elastisitas komposit fiberglass lapis 1 ................ 47

Gambar 4.7 Grafik kekuatan tarik komposit fiberglass lapis 2 ....................... 48

Gambar 4.8 Grafik regangan komposit fiberglass lapis 2................................ 49

Gambar 4.9 Grafik modulus elastisitas komposit fiberglass lapis 2 ................ 49

Gambar 4.10 Grafik kekuatan tarik komposit fiberglass lapis 3 ..................... 51

Gambar 4.11 Grafik regangan komposit fiberglass lapis 3.............................. 51

Gambar 4.12 Grafik modulus elastisitas komposit fiberglass lapis 3 .............. 52

Gambar 4.13 Grafik rata-rata kekuatan tarik ................................................... 53

Gambar 4.14 Grafik rata-rata regangan ........................................................... 53

Gambar 4.15 Grafik rata-rata modulus elastisitas ............................................ 54

Gambar 4.16 Patahan pada komposit matrik epoksi ........................................ 57

Gambar 4.17 Patahan pada komposit fiberglass lapis 1 .................................. 57




19

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada saat ini perkembangan ilmu material cukup pesat, baik dalam bidang

material logam maupun bukan logam. Selama ini material logam mendominasi

dunia industri. Namun masih belum terpenuhi material yang memiliki sifat

tertentu dalam aplikasi di industri, oleh karena itu dikembangkan material bukan

logam khususnya dengan penguat serat fiber. Material fiberglass adalah salah satu

jenis bahan fiber komposit yang memiliki keunggulan yaitu kuat namun tetap

ringan. Walaupun tidak sekaku dan seringan bahan carbon fiber, fiberglass lebih

ulet dan relatif lebih murah di pasaran. Fiberglass biasa digunakan untuk bahan

pembuat pesawat terbang, perahu, bodi atau interior mobil, perlengkapan kamar

mandi, kolam renang, septic tank, tangki air, perpipaan, dinding isolator, papan

selancar dan lain-lain.

Dewasa ini pengunaan bahan komposit di industri meningkat pesat,

dengan banyaknya industri manufaktur yang mulai beralih menggunakan material

komposit sebagai bahan atau kompenen dalam industrinya. Sebagai contoh

banyak industri otomotif mulai menggunakan bahan komposit untuk komponen

mobil, seperti body, dashboar, dan interior dalam mobil. Komposit juga memiliki

kelebihan dibandingkan dengan logam, yaitu dalam hal massa jenis yang lebih

kecil, serta nilai kekerasan yang lebih besar.

Menurut Matthews dkk. (1993), komposit adalah suatu material yang

terbentuk dari dua atau lebih kombinasi material pembentuknya melalui campuran

yang tidak homogen, dimana sifat mekanik masing-masing material

pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material

komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari

material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material


20

konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran

yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material

komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material

pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan

gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat.

Melihat permasalahan di atas penulis akan mencoba meneliti kekuatan tarik

pada komposit serat fiber jika ditinjau dari arah seratnya. Dalam penelitian ini

serat fiber dijadikan bahan penguat (Reinforcement) dan matriks yang digunakan

adalah matriks epoxy.

1.2. Rumusan Masalah

Komposit merupakan material yang sifat dan karakteristik sangat

dipengaruhi oleh jenis dari bahan penyusunnya. Agar mendapat sifat dan

karakteristik yang baik, ada beberapa faktor yang harus diperhatikan, salah

satunya adalah jumlah lapisan. Rumusan masalah dari penelitian ini adalah

bagaimana pengaruh penambahan persentase serat dan jumlah lapisan terhadap

kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas bahan komposit fiberglass.

1.3. Tujuan Penelitaian

Tujuan dari Penelitian ini adalah :

1. Mengetahui rata-rata kekuatan tarik komposit fiberglass pada tiap

variasi dengan penambahan persentase serat dan jumlah lapisan (arah

serat anyam).

2. Mengetahui rata-rata regangan komposit fiberglass pada tiap variasi

dengan penambahan persentase serat dan jumlah lapisan (arah serat

anyam).

3. Mengetahui rata-rata modulus elastisitas komposit fiberglass pada

tiap variasi dengan penambahan persentase serat dan jumlah lapisan

(arah serat anyam).


21

1.4. Batasan Masalah

Batasan Masalah yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Komposit ini menggunakan resin jenis epoksi (Bhispenol A-

Epichlorohydrin) .

2. Pengujian yang dilakukan dalam tugas akhir ini menggunakan

pengujian tarik.

3. Bahan yang digunakan untuk pengeras komposit adalah epoksi

hardener (polyaminoamide).

4. Serat yang digunakan dalam penelitian ini adalah fiberglass.

5. Cetakan yang digunakan adalah cetakan kaca yang berukuran 30 cm x

50 cm x 0,5 cm.

6. Menggunakan penambahan serat 8,2%, 15,1% dan 21,1%.

7. Specimen benda uji tarik menggunakan standard ASTM D D638-02a.

1.5. Manfaat

Manfaat dari penelitian Tugas Akhir ini adalah :

1. Penelitian ini bermanfaat untuk menambah pengetahuan mengenai

karakteristik bahan komposit fiberglass.

2. Hasil penelitian dapat dijadikan acuan untuk dapat mengembangkan

komposit berbasis serat glass dengan lebih bervariatif untuk

mendapatkan material komposit dan sebagai refrensi penelitian

selanjutnya.

3. Penelitian ini dapat dijadikan koleksi di perpustakaan sebagai

referensi ilmu


22

1.6 SistematikaPenulisan

Sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I Pendahuluan, yaitu menjelaskan tentang latar belakang masalah,

tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan

rumusan masalah

BAB II Dasar teori yaitu menerangkan tinjauan pustaka dan ilmu-ilmu

teoritis yaitu berisi penelitian-penelitian yang berkaitan serta

dasar teori tentang ilmu material

BAB III Metode penelitian, yaitu menjelaskan tentang pelaksanaan

penelitian yaitu mengenai peralatan yang digunakan, tempat

percobaan, langkah percobaan, cara pengambilan data dan cara

pengolahan data.

BAB IV Data dan analisa, menerapkan data hasil percobaan yang serta

menjelaskan data hasil percobaan yang telah diperoleh.

BAB V Penutup, berisi tentang kesimpulan penelitian dan saran.


5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Pengertian Komposit

Komposit bersal dari kata kerja “to compose” yang berarti menyusun atau

menggabung. Jadi secara sederhana komposit merupakan penggabungan dari dua

atau lebih bahan atau material yang dikombinasikan menjadi satu dalam skala

makrokopis, sehingga menjadi satu kesatuan (Kaw, 1997).

Menurut Matthews dkk (1993), komposit adalah suatu material yang

terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran

yang tidak homogen, dimana sifat mekaniknya dari masing-masing material

pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material

komposit yang memiliki sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari materil

pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional

pada umumnya dari proses pembuatnya dari proses pencampuran yang tidak

homogen. Komposit merupakan jumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan

yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat. Dalam

komposit sendiri penggunaan serat difungsikan untuk mendapatkan karakteristik

bahan komposit, seperti kekuatan, kekakuan dan karakteristik mekanis lainnya.

2.1.2 Bahan Utama Penyusun Komposit

Komposit merupakan penggabungan dari dua material atau lebih yang

digabungkan menjadi satu. Pada umumnya komposit mempunyai mempunyai dua

fase yaitu :

1. Matriks

Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau

fraksi volume terbesar (dominan). Matriks umumnya lebih ductile tetapi

memiliki kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah. Syarat pokok matriks


6

yang digunakan dalam komposit adalah matriks harus bisa meneruskan

beban, sehingga serat harus bisa melekat pada matriks dan kompatibel

antara serat dan matriks, artinya tidak ada reaksi yang menggangu.

Umumnya matriks dipilih yang mempunyai ketahanan panas yang tinggi

(Triyono dan Diharjo, 2000).

Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut:

1. Mentransfer tegangan ke serat

2. Membentuk ikatan koheren.

3. Melindungi serat.

4. Mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik.

5. Melepas ikatan.

6. Tetap stabil setelah proses manufaktur.

2. Bahan Penguat

Salah satu unsur utama penyusun benda komposit adalah penguat

(Reinforcement) yaitu serat. Serat inilah yang terutama menentukan

karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan, dan sifat-sifat

mekanis lainya. Serat dalam bahan komposit berperan sebagai bahan utama

yang menahan beban serta besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat

tergantung dengan kekuatan bahan pembentuknya.

Orientasi dan kandungan serat akan menentukan kekuatan mekanis

dari komposit. Perbandingan antara matriks dan serat juga merupakan faktor

yang sangat menetukan dalam memberikan karakteristik sifat mekanis

produk yang dihasilkan. Serat secara umum terdiri dari 2 jenis yaitu serat

alam dan serat sintetis. Serat alam adalah serat yang dapat langsung

diperoleh dari alam, biasanya berupa serat organik yang berasal dari

tumbuh-tumbuhan dan binatang. Beberapa serat alam telah banyak

digunakan oleh manusia, diantaranya adalah rami, ijuk, aren, goni (Kenaf),

eceng gondok, nanas-nanasan dan serat sabut kelapa. Sedangkan serat


7

sintentik yang sering digunakan manusia seperti Fiber glass, Carbon,

Nylon, Graphite, dan alumunium (Bismarck 2002).

3. Bahan Tambahan

Release Agent adalah bahan yang berfungsi sebagai pelicin dalam

pembuatan komposit, sehingga memudahkan dalam melepaskan komposit

dari cetakan. Bahan ini digunakan dengan cara dioleskan ke permukaan

cetakan kaca secara merata sebelum pencentakan komposit dimulai. Banyak

bahan yang sering digunakan sebagai release agent pada pembuatan

komposit seperti oli, mirror glass, dan hand body.

2.1.3 Klasifikasi Komposit

Sedangkan pengolongan komposit berdasarkan dari fase matriksnya adalah

sebagai berikut :

1. Metal Matriks Composites (MMC) adalah komposit matriksnya terbentuk

dari bahan logam dan komposit jenis ini memiliki keunggulan dalam

kekuatan dan ketahanan terhadap aus (usang).

2. Ceramic Matriks Composites (CMC) adalah bahan komposit yang

matriksnya terbentuk dari bahan keramik. Keramik merupakan material

yang memiliki nilai modulus young (stiffness) yang tinggi.

3. Polymer Matriks Composite (PMC) merupakan bahan komposit yang sering

digunakan, biasanya disebut polimer berpenguat serat (FRP – Fibre

Reinforced Polymers of Plastics). Bahan ini menggunakan suatu polimer

berbahan resin sebagai matriksnya, dan suatu jenis serat seperti kaca,

karbon, aramid sebagai penguatnya.

Secara garis besar ada tiga macam jenis komposit berdasarkan penguat yang

digunakan yaitu :

1. Fibrous Composites ( Komposit Serat)

Unsur utama dari komposit serat adalah mempunyai banyak

keunggulan, oleh karena itu bahan komposit serat paling banyak dipakai.


8

Bahan komposit serat terdiri dari serat-serat yang terikat oleh matriks yang

saling berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari 2 macam, yaitu

serat panjang (continous fibre) dan serat pendek (short fiber dan whisker).

Pengunaan bahan komposit serat sangat efisien dalam menerima beban dan

gaya. Oleh sebab itu bahan komposit serat sangat kuat dan kaku bila

dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah

tegak lurus serat. Selain itu serat juga dapat menghemat penggunaan resin.

Contoh struktur continous fibre composites dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Komposit serat

(Gibson, 1994)

2. Laminated Composites ( Komposit Laminat )

Komposit laminat adalah komposit yang terdiri dari dua lapis atau

lebih dan bahan penguat yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya

memiliki karakteristik sifat sendiri, contohnya polywood, laminated glass

yang sering digunakan sebagai bahan bagunan dan kelengkapannya. Contoh

struktur laminated composites dapat dilihat pada Gambar 2.2 .


9

Gambar 2.2. Komposit laminat

(Schwartz, 1984)

3. Particulate Composites ( Komposit Partikel)

Komposit partikel adalah komposit yang tersusun dari partikel-

partikel, menurut definisinya partikel ini terbentuk dari bermacam-macam

bentuk seperti bulat, kubik, tetragonal, atau bahkan berbentuk yang tidak

beraturan secara acak, tetapi rata-rata berdimensi sama. Komposit partikel

mempunyai keunggulan seperti ketahanan terhadap aus, tidak mudah retak

dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik. Contoh struktur

particulate composites dapat dilihat pada Gambar 2.3 di bawah ini.

Gambar 2.3. Komposit partikel

(Schwartz, 1984)


10

2.1.4 Polimer

Polimer adalah nama lain dari plastik yang tersusun dari satuan-satuan

kimia sederhana yang disebut monomer. Contoh-contoh bahan polimer adalah

seperti etilena, propilena, isobutilena, dan butadiena. Secara umum bahan

polimer dikelompokan menjadi 3 yaitu :

1. Thermoplastic

Thermoplastic adalah plastik yang pada proses pembentukanya

memerlukan pemanasan. Termoplastic mempunyai sifat isolator yang baik,

mempunyai ketahanan sampai temperatur 260°C, mudah dibentuk dan tahan

terhadap korosi dalam larutan alkali (NaOH) konsentrasi 5%. Thermoplatic

merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan, dan akan

meleleh pada suhu tertentu. Contoh-contoh dari thermoplastic ini adalah

resin Polyethylene (PE), resin Polypropylene (PP), resin Polystyrene (PS),

resin Polymethyl Methacrylate (PMMA), resin Polyvinyl Chloride (PVC),

resin Polyvinyl Asetat, Polyvinyl Alkohol dan Polyvinyl Acetal, resin

Polyacetal atau Polyoxymethylene (POM), Resin Polyamide (Nylon) dan

resin Polycarbonate (PC).

2. Thermoset

Thermoset adalah salah satu jenis plastik yang banyak digunakan

untuk bahan komposit dengan penguat serat. Matriks jenis ini memiliki

rantai molekul yang saling berhubungan walaupun mengalami pemanasan

dan penekanan, masing-masing molekul tidak akan saling bergerak relatif.

Matriks akan mencair dan kemudian mengeras bersamaan dengan

terbentuknya manomer sehingga akan bersifat stabil. Pengunaan thermoset

sebagai matriks mempunyai beberapa unggulan seperti dapat mengikat serat

dengan mudah dan baik, memiliki viskositas yang rendah, memiliki

kelengketan yang baik dengan bahan penguat, kekakuan yang baik,

stabilitas dimensi yang baik, ringan dan tahan korosi.


11

Macam-macam matriks/resin dengan jenis Thermoset adalah :

a. Resin Polyester

Resin ini merupakan resin cair dengan viskositas yang relatif rendah,

mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa

menghasilkan gas saat pengesetan, sehingga tidak perlu diberi tekanan

untuk pencetakan. Penggunaan resin jenis ini banyak digunakan untuk

kontruksi sebagai bahan komposit. Proses pengerasan resin ini akan

dimulai setelah dicampur rata dengan katalis yang biasanya dijual

sepaket dengan resin polyester. Kekurangan resin ini adalah tidak akan

kuat apabila hanya digunakan untuk lapisan tipis tetapi memerlukan

bahan lain seperti talek (mirip bedak bayi) dan serat kaca (mat

fiberglass) karena tanpa bahan tambahan ini lapisan resin polyester

hanya akan mudah retak atau terkelupas.

b. Resin Epoxy

Resin ini memiliki kegunaan yang sanggat luas dalam industri teknik

kimia, listrik, mekanik dan sipil. Resin epoxy memiliki sifat tahan

banting dan elastisitas yang melebihi resin-resin lain ini membuatnya

populer dalam bidang pertahanan seperti pembuatan kevlar, pembuatan

kaca-kaca anti peluru dan dalam industri-industri perkapalan sekarang.

Biasanya resin jenis ini digunakan untuk cat, pelapis, pencetak cor dan

benda-benda cetakan. Sifatnya yang tahan terhadap zat kimia dan stabil

terhadap banyak asam, kecuali asam pengoksida yang kuat, ketahanan

termal yang tinggi dan mudah dibentuk tanpa dipanaskan terlebih

dahulu.


12

Tabel 2.1. Karakteristik Resin Epoksi

(sumber : Pengetahuan Bahan Teknik,2007)

2.1.5 Faktor-Faktor yang mempengaruhi (FRP)

Fiber Reinforced Polymer atau FRP adalah suatu bahan komposit yang

diperkuat oleh serat yang diikat dalam matrik. Adapun beberapa faktor yang

mempengaruhi kekuatan FRP adalah orientasi serat, panjang, bentuk, komposisi

serat, dan sifat mekanik dari matrik serta ikatan yang ada dalam komposit

tersebut.

2.1.5.1 Orientasi Serat

Dalam komposit, orientasi serat sangat berpengaruh pada kekuatan

komposit. Secara umum penyusunan arah serat adalah sebagai berikut:

a. Uniderictional, yaitu serat disusun seraca pararel satu sama lainya. Disini

kekuatan tarik terbesar terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat.

sedangkan kekuatan yang terkecil pada bahan yang tegak lurus arah serat.

b. Pseudotropic, yaitu serat disusun secara acak dan kekuatan tarik pada satu

titik pengujian mempunyai nilai kekuatan yang sama.

c. Bidirectional, yaitu serat disusun tegak lurus satu sama lainya (orthogonal)

contohnya woven roving. Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada

arah serat 0° dan 90° dan kekuatan terendah terdapat pada arah serat 45°.

Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling

proporsional, karena pada pemasangan satu arah serat ini dapat memberi

kontribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena

pemasangan serat yang semakin acak maka konstribusi serat yang dipasang akan

semakin sedikit (fraksi volume kecil) sehingga menyebabkan kekuatan komposit

Dengan pengisi (coran) 2,8-9,1 3-6 2,4 10,5-17,5 9,3-14,7

Dengan serat gelas 9,8-2,1 4 2,10 21-26 14-21

Perpanjangan

(%)

Modulus elastik

(kgf/mm²x10²)

Kekuatan tekan

(kgf/mm²)

Kekuatan lentur

(kgf/mm²)Resin epoksi

Kekuatan tarik

(kgf/cm²)


13

semakin menurun. Dapat dilihat orientasi serat pada Gambar 2.4. Gambar (a.)

Continous roving, (b.) Serat acak, dan (c.) Woven roving.

Gambar 2.4. Orientasi Serat

(sumber: a dan b James F.Shackelford.,Introductions to Material

Science for Engineer. c. Mel M Schwarttz)

Jumlah serat bahan komposit, serat dapat dinyatakan dalam bentuk fraksi

volume serat (Vf) yaitu perbandingan volume serat (Vf) terhadap volume bahan

komposit (Vc). Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit maka

akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut. Grafik hubungan fraksi

vulume dan susunan serat pada Gambar 2.5

Gambar 2.5. Grafik Hubungan antara kekuatan, Fraksi volume dan Susunan Serat


14

(sumber : Adiyono1996)

2.1.5.2 Serat

Serat atau fiber mempunyai peran penting dalam pembuatan komposit

sebagai penahan beban, karena 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 (Triyono & Diharjo k, 2000).

Fungsi utama dari serat adalah:

a. Sebagai pembawa beban

b. Meberikan sifat kekakuan, kekuatan, stabilitas panas

c. Pemberi penghantar listrik pada komposit

Adapun ilustrasi dari komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat pada

Gambar 2.6

Gambar 2.6. Struktur komposit

(sumber : https://www.scribd.com/document/Material-Komposit-pdf)

Bahan serat yang dapat digunakan ialah :

a. Serat Glass

Serat glass adalah bahan yang banyak digunakan dalam pembuatan

komposit polimer. Sifat-sifat serat glass:

1. Tidak mudah terbakar

2. Isolasi litrik yang baik

3. Memiliki kekuatan tarik yang tinggi

Serat glass dapat dibedakan dalam beberapa jenis antara lain :


https://www.scribd.com/document/Material-Komposit-pdf

15

1. Serat gelas A

Serat gelas yang digunakan pada awal material ini mempunyai

kandungan alkali yang tinggi. Material ini tak banyak dipakai

dalam produksi sebagai reinforcement agent.

2. Serat gelas E

Serat gelas E berupa kalsium, alumunium hidroksida, borosilikat,

pasir silika dan memiliki kandungan alkali rendah. Serat gelas

jenis ini mempunyai kekuatan tarik dan tekan serta geser yang baik

sehingga menpunyai sifat isolator atau penghantar yang tidak baik

tetapi merupakan material yang cukup getas.

3. Serat gelas D

Serat ini memiliki karakteristik dieletrik yang baik maka serat

gelas jenis ini sering dipakai dalam produksi pembutan alat

elektronik.

4. Serat gelas R & S

Serat jenis ini memiliki komposisi kimia yang berbeda tetapi kedua

serat ini merupakan bahan penguat dengan kemampuan tinggi.

Serat gelas R & S ini diaplikasikan sebagai reinforcement agent

dalam pembuatan pesawat terbang. Serat gelas yang mempunyai

massa jenis yang hampir sama dengan serat gelas E ini masing-

masing diproduksi di Eropa untuk serat gelas R dan di Amerika

untuk serat gelas S.


16

Tabel 2.2. Sifat-sifat serat kaca-E dan kaca-S

(sumber : Callister, 2007)

Sifat Kaca- E Kaca-S

Masa jenis (g/cm3) 2,54 2,48

Koefisien muai termal linier (x106 °C) 4,7 5,6

Kuat tarik pada 22 °C (MPa) 3450 4585

Modulus tarik pada 22 °C (GPa) 72,4 85,5

Perpanjangan luluh (%) 4,8 5,7

Serat gelas diproduksi dalam bentuk penyusunan, karena sangat

berpengaruh untuk menyesuaikan dengan penggunaannya. Pemilihan bentuk

susunan serat secara tepat akan mempermudah pengguna untuk memperoleh sifat

dari komposit yang dinginkan. Adapun macam-macam bentuk serat antara lain :

1. Continuous Roving

Adalah gabungan dari serat-serat paralel menjadi satu strand

dengan sedikit atau tanpa pengikat. Semuanya tersusun secara sejajar satu

sama lain dan memanjang. Serat bentuk ini biasanya digunakan dalam

proses spray up, sentrifugal casting, continuous laminating process. Jenis

inimemiliki sifat mekanis yang baik.

Gambar 2.7. Continuous Roving

(sumber : https://aeroengineering.co.id)


17

2. Woven Roving

Ialah serat yang berbentuk lembaran yang dianyam dari beberapa

serat continuous roving, terdapat berbagai macam ukuran lebar, tebal dan

berat tergantung kebutuhan pemakaian. Bentuk serat jenis ini mempuyai

kekuatan yang tinggi dan dapat menurunkan biaya produksi yang besar.

Biasanya digunakan pada proses hand lay-up, untuk pembuatan tangki

kapal dan body mobil.

Gambar 2.8. Woven Roving

(sumber :https://aeroengineering.co.id)

3. Copend Strand mat

Adalah reinforcing mat yang terbuat dari potongan strand dan

digabung secara acak dengan pengikat atau binder tertentu. Biasanya

dipakai untuk pembuatan produk dengan kekuatan sedang, untuk proses

sentrifugal casting dan hand lay-up.


https://aeroengineering.co.id/

18

Gambar 2.9. Copend Strand mat

(sumber :https://aeroengineering.co.id)

b. Serat Karbon

Karbon memiliki kerapatan dan koefisien dilatasi rendah serta menjadi

modulus elastis yang tinggi.

c. Serat Keramik

Keramik memiliki satuan fiber antara Carbide silicon (SiC) dan oksida

alumunium (Al2O2). Satuan fiber itu modulus elastisitas yang tinggi dan

digunakan sebagai penguat logam dengan kerapatan.

d. Kevlar 49

Kevlar 49 digunakan sebagai bahan serat untuk polimer, kevlar 49

memiliki beberapa sifat, antara lain : ringan, kekuatan dan kekakuan

tinggi, kerapatannya rendah dan memberikan kekuatan spesifik terbesar

untuk semua fiber yang ada. Kevlar banyak digunakan pada industri

aerospace, marine dan otomotif.

e. Baron

Serat baron terbuat dari silika berlapis grafit atau filamen karbon. Serat ini

mempunyai modulus elastisitas yang sangat tinngi, harga yang mahal dan

membutuhkan peralatan untuk menempatkan serat dalam matrik dengan

ketepatan yang tinggi. Penggunaannya dibatasi pada kompenen peralatan

industri pesawat terbang (aerospace).


https://aeroengineering.co.id/

19

f. Logam

Filamen baja (kontinyu atau tidak kontinyu) sering digunakan sebagai

fiber dalam plastik.

2.1.6 Kaidah Pencampuran Komposit (Rules of Mixture)

Dalam pemilihan bahan komposit, haruslah dipilih kombinasi yang

optimum dari sifat masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran dengan

kombinasi yang optimum akan menghasilkan komposit dengan unjuk kerja yang

baik pula. Sifat-sifat komposit ditentukan oleh phase matrik dan phase reinforcing

sebagai bahan penyusunnya, bentuk geometri bahan penyusunnya serta interaksi

antar phase penyusun komposit. Rongga udara (void), tidak merekatnya phase

reinforcing pada phase matrik (interface), rusak atau retaknya serat (crack) dan

adanya rongga antara phase reinforcing dan phase matrik (interphase) harus

dihindari. Gambar 2.13 dan Gambar 2.14 menunjukan interface dan interphase

serta crack dan interface.

Gambar 2.10. Interface dan Interphase


20

Gambar 2.11. (a) Crack (b) Interface

(sumber : James A.J dan Thomas F.K, Engenering Materials Teknologi,

Structure Processing, Properties and Selections)

Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan

penyusunnya. Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi

regangan matrik. Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan

meningkatkan regangan serat. Serat yang bersifat getas tetapi memiliki

kekuatan tarik yang tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan

tarik rendah dan regangan yang besar. Perpaduan tersebut menciptakan suatu

bahan yang memiliki sifat-sifat yang lebih baik. Perbaikan sifat-sifat inilah

yang membuat komposit banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan

dalam bidang teknik dan industri. Perpaduan bahan-bahan terus dilakukan

untuk mendapatkan bahan baru yang mempunyai sifat-sifat lebih baik dari

bahan-bahan yang sudah ada.

Dibawah ini adalah perhitungan tentang bahan komposit:

a. Massa Komposit ( )

(2.1)

Dengan: = massa matrik

= massa reinforcing

b. Volume komposit (Vc)

(2.2)


21

Dengan: Vm = volume matrik

Vr = volume reinforcing

Vv= volume voids (rongga, cacat)

c. Kerapatan komposit (ρc)

( ) ( )

(2.3)

Dengan: = kerapatan matrik

= kerapatan reinforcing

atau:

( ) ( ) (2.4)

Dengan =

( ) ( )

(2.5)

d. Presentase serat

Presentase serat =

(2.6)

e. Presentase matrik

Presentase matrik =

(2.7)

2.1.7 Teknik Pembentukan Material Komposit

a. Pencetakan Semprot

Pencetakan Semprot (spray lay-up), prosesnya adalah sebagai

berikut memotong serat (fiber) yang akan digunakan sebagai penguat,

kemudian diumpankan ke dalam penyemprot resin berkatalis secara

langsung pada permukaan cetakan. Membiarkannya mengeras pada

kondisi atsmosfer standar. Aplikasinya sebagai panel-panel, bodi karavan,

bak mandi, sampan.


22

Gambar 2.12. Proses pencetakan semprot (spray lay-up)

(sumber :http://adenholics.blogspot.co.id)

b. Pencetakan Tangan

Pencetakan Tangan (Hand Lay-Up), prosesnya ialah menuang resin

dengan tangan ke dalam serat berbentuk anyaman, rajuan atau kain,

kemudian memberi takanan sekaligus meratakannya menggunakan rol

atau kuas. Proses tersebut dilakukan berulang-ulang hingga ketebalan yang

diinginkan tercapai. Membiarkannya mengeras pada kondisi atmosfir

standar. Aplikasinya sebagai pembuatan kapal, bodi kendaraan, bilah

turbin angin.

Gambar 2.13. Proses pencetakan tangan (hand lay-up)


c. Pengemasan Vakum

Pengemasan Vakum (vacuum bagging), prosesnya sebagai berikut

dengan menutupi lapisan pencetakan basah dengan film plastik, udara di

bawah kemasan dikeluarkan dengan pompa vakum bertekanan.

Aplikasinya sebagai pembuatan kapal pesiar, komponen mobil balap.


23

Gambar 2.14. Proses pengemasan vakum (vacuum bagging)


d. Pultrusion

Pultrusion, prosesnya adalah sebagai berikut :Penarikan serat dari

suatu jaring atau creel melalui bak resin, kemudian dilewatkan pada

cetakan yang telah dipanaskan. Fungsi dari cetakan tersebut ialah

mengontrol kandungan resin, melengkapi pengisian serat, dan

mengeraskan bahan menjadi bentuk akhir setelah melewati cetakan.

Aplikasinya sebagai struktur atap, jembatan.

Gambar 2.15. Proses pultrusion


e. Cetakan Pemindah Resin

Cetakan Pemindah Resin (Resin Transfer Moulding), proses ini

memerlukan penyesuaian dalam pencetakan. Dengan cara, serat penguat

dipotong dan dibentuk sedemikian rupa sesuai dengan bentuk yang

diinginkan kedalam cetakan. Cetakan ditutup lalu resin dan katalis


24

disemprotkan melalui pompa ke dalamnya. Ketika cetakan sudah terisi

penuh dengan resin dan katalis pemompaan dihentikan, dan produk telah

terbentuk.

Gambar 2.16.Proses pemindah cetakan resin


2.1.8 Pengujian Tarik

Kekuatan tarik (Tensile Stregth) suatu bahan ditetapkan dengan membagi

gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula. Dimensinya sama dengan

tegangan. Kekuatan tarik ditetapkan berdasarkan luas penampang mula,

sedangkan sesungguhnya pada bahan ulet, luas penampang mengecil pada waktu

beban maksimum dilampaui (Van Vlack, 1991). Pengujian tarik dilakukan

terhadap spesimen uji yang standar. Pada bagian tengah dari batang uji merupakan

bagian yang menerima tegangan. Pada bagian ini diukur panjang batang uji, yaitu

bagian yang dianggap mempunyai pengaruh dari pembebanan, bagian inilah yang

selalu diukur pada proses pengujian. Dapat dilihat alat uji tarik pada Gambar 2.10.


25

Gambar 2.17. Mesin Uji Tarik GOTECH KT-7010A2 TAIWAN,R.O.C,

Gambar 2.18. Kurva tegangan-regangan

(sumber : Rines Proses Manufaktur, hal 58)


26

Gambar 2.19. Spesimen ASTM D638-02a

(sumber :http://classes.engr.oregonstate.edu)

2.1.9 Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan

Pada pengujian tarik yang dilakukan, hasilnya berupa print-out grafik

hubungan beban dan pertambahan panjang. Untuk menghitung besarnya kekuatan

tarik dari pengujian tersebut, maka rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :

1. Tensile Strenght

Tensile strenght/kekuatan tarik dapat didefinisikan sebagai

gaya perunit luas material yang menerima gaya tersebut. Untuk

dapat memperoleh kekuatan tarik dari suatu material dapat dihitung

menggunakan Persamaan 2.8.


http://classes.engr.oregonstate.edu/

27

(2.8)

Dengan: = tegangan (kg/ )

P = beban (kg)

A = luas penampang ( )= lebar x tebal

2. Tensile Strain

Tensiles strain adalah ukuran perubahan panjang suatu

material setelah dilakukan uji tarik, sehingga dari hasil pengujian

tarik dapat digunakan untuk mencari nilai regangana dari suatu

material. Untuk mencari tensile strain menggunakan Persamaan 2.9.

(2.9)

Dengan: ε = regangan (%)

ΔL = pertambahan panjang (mm)

Lo = panjang mula-mula (mm)

3. Modulus Elastisitas (Young Modulus)

Modulus Elastisitas (Young Modulus) adalah perbandingan

antara tegangan (stress) dengan regangan (strain). Untuk mencari

modulus elastisitas digunakan persamaan 2.10.

(2.10)

Dengan : E = modulus elastisitas (MPa)

σ = Tegangan (MPa)

= Regangan (%)


28

2.2 Kerusakan Komposit

Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan rusaknya

suatu bahan komposit, yaitu pembebanan tarik baik dalam arah longitudinal

maupun transversal.

2.2.1 Kerusakan Akibat Beban Tarik Logitudinal

Pada bahan komposit yang akan diberi beban tarik searah serat, kerusakan

bermula dari serat-serat yang patah pada penampang terlemah. Semakin besar

beban, akan semakin banyak pula serat yang patah. Pada kebanyakan kasus, serat

tidak patah sekaligus secara bersamaan. Kerusakan pada komposit akibat beban

tarik longitudinal dapat dilihat pada Gambar 2.20. Apabila serat yang patah

semakin banyak, maka akan terjadi beberapa kemungkinan:

a. Bila serat mampu menahan gaya geser dan meneruskan ke serat sekitar,

maka serat yang patah akan semakin banyak. Hal ini akan menimbulkan

yang disebut retakan. Patahan yang terjadi disebut patah getas (brittle

failure).

b. Bila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul

diujung, serat dapat terlepas dari matrik (debounding) dan komposit akan

rusak tegak lurus arah serat.

c. Kombinasi dari kedua tipe diatas, pada kasus ini terjadi di sembarang

tempat disertai dengan kerusakan matrik. Kerusakan yang terjadi berupa

patahan seperti sikat (brush type).

Gambar 2.20. Kerusakan pada komposit akibat beban tarik longitudinal


29

(sumber : Adiyono, 1996)

2.2.2 Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal

Serat pada komposit yang mengalami pembebanan tegak lurus arah serat

(transversal), akan mengalami konsentrasi tegangan pada interface antar serat dan

matrik itu sendiri. Oleh karena itu, bahan komposit yang mengalami beban

transversal akan mengalami kerusakan pada interface. Kerusakan transversal ini

juga dapat terjadi pada komposit dengan jenis serat acak dan lemah dalam arah

transversal. Dengan demikian, kerusakan akibat beban tarik transversal terjadi

karena:

a. Kegagalan tarik matrik

b. Debounding pada interface antara serat dan matrik

Gambar 2.21. Kerusakan pada komposit akibat beban tarik transversal

(sumber : Bambang Krimono Hadi, 2004:41)

2.2.3 Kerusakan Mikroskopik

Definisi kerusakan suatu bahan disesuaikan dengan kebutuhan. Beberapa

struktur dapat dianggap rusak apabila terjadi kerusakan total. Namun untuk

struktur tertentu, deformasi yang sangat kecil sudah dapat dianggap sebagai

kerusakan. Hal ini sangat dapat terjadi pada komposit. Pada bahan ini, kerusakan

internal mikroskopik dapat jauh terjadi sebelum kerusakan yang sebernarnya

terjadi. Kerusakan mikroskopik yang terjadi pada komposit dapat berupa:

a. Patah pada serat (fiber breaking)

b. Retak mikro pada matrik (matrix micro crack)


30

c. Terkelupasnya serat dari matrik (debounding)

d. Terlepasnya lamina satu dengan yang lainnya (delamination)

Untuk melihat kerusakan ini maka harus menggunakan mikroskop, dan foto

mikro akan menunjukkan jenis-jenis kerusakannya. Karena kerusakan ini tidak

dapat dilihat oleh mata secara langsung, maka akan sulit menentukan kapan dan

dimana suatu komposit akan rusak. Oleh karena itu, suatu komposit dikatakan

mengalami kerusakan apabila kurva tegangan-regangan (didapat dari pengujian

tarik) tidak lagi linear, atau ketika bahan tersebut telah rusak total. Hal ini berlaku

baik pada komposit satu lapis (lamina) maupun laminat.

2.3 Tijauan Pustaka

Rusman Nur Ichsan, dkk (2015) telah melakukan penelitian tentang

pengaruh susunan lamina komposit berpenguat serat E-GLASS dan serat carbon

terhadap kekuatan tarik dengan matrik polyester. Dalam penelitian ini terdapat

empat variasi susunan lamina serat penguat komposit yaitu: 3 lapisan serat E-glass

jenis random, 3 lapisan serat E-glass WR (woven roving), 3 lapisan serat carbon

dan 3 lapisan hibrid. Metode penelitian menggunakan metode hand lay-up,

pengujian tarik menggunakan standard ASTM 3039-00.

Berdasarkan dari hasil penelitian kekuatan tarik terbesar pada susunan

lamina komposit serat carbon dengan nilai 265,99 MPa, sedangkan kekuatan tarik

terendah pada susunan lamina komposit serat E-Glass random dengan nilai 115,01

MPa. Lamina komposit dengan serat E-glass WR dan serat hibrid memiliki

kekuatan tarik yang hampir sama, masing-masing 196,30 MPa untuk serat E-glass

WR dan 198,25 MPa untuk serat hibrid.

Aris Supriyanto (2005), telah melakukan penelitian yang berjudul

“Pengaruh Ketebalan Terhadap Kekuatan Tarik dan Regangan Komposit Serat

Pisang”. Penelitian ini membahas ketebalan komposit terhadap kekuatan tarik.

Dalam pembuatan komposit menggunakan cetakan kaca yang berukuran 26 x 15 x

2,5 cm. Benda uji yang dibuat menggunakan fraksi berat 1%, 2%, 3% 4% dan 5


31

%. Benda uji fraksi berat 2% dengan tebal 3 mm, 5 mm, 7 mm, 9 mm dan dibuat

dengan panjang 180 mm dan diameter 3 mm. Pembuatan benda uji komposit

menggunakan standarisasi ASTM D 638-1. Dari hasil pengujian tarik dan analisis

dapat disimpulkan bahwa fraksi berat serat sangat mempengaruhi nilai dari

kekuatan tarik komposit. Kekuatan tarik tertinggi ada pada komposit dengan

ketebalan 3 mm yaitu sebesar 7,5 kg/mm2. Patahan yang terjadi pada spesimen

setelah dilakukan pengujian tarik adalah patah getas.

Basuki Widodo (2006) melakukan penelitian dan membahas tentang

analisa sifat mekanik komposit epoksi dengan penguat serat pohon aren (ijuk)

model lamina berorientasi sudut acak (random). Dari hasil pengujian tarik yang

dilakukan didapatkan data kekuatan tarik komposit semakin menurun dan

berfluktuasi seiring bertambahnya fraksi berat serat. Pada komposisi berat serat

20% dan 30%, dari ketiga spesimen yang telah diuji didapatkan kekuatan tarik

rata-rata sebesar 2,577 kg/mm2 dan 2,251 kg/mm

2, lebih menurun dibandingkan

dengan komposisi 100% dengan kekuatan tarik sebesar 3,687 kg/mm2 .

Pada komposisi berat serat 40%, 50% dan 60% spesimen yang telah diuji

kekuatan tarik rata-rata yang didapat cenderung meningkat dibanding 100%

epoksi yaitu 5,128 kg/mm2, 3,921 kg/mm

2 dan 3,762 kg/mm

2. Dari pengujian

yang telah dilakukan diperoleh kekuatan tarik komposit tertinggi pada fraksi berat

serat 40%.

Kesimpulan dari ketiga tinjauan pustaka diatas adalah komposisi antara

jumlah resin dan katalis sangat mempengaruhi kekuatan tarik dari bahan komposit

tersebut. Jumlah lapisan, tebal dan fraksi berat juga mempengaruhi dari kekuatan

tariknya.


31

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Skema Penelitian

Skema penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1 sebagai berikut :

Gambar 3.1. Proses Jalannya Penelitian


32

3.2. Persiapan Penelitian

Sebelum melakukan penelitian, alat dan bahan untuk membuat benda uji

dipersiapkan terlebih dahulu. Proses awal dimulai dari pembelian alat dan bahan

yang diperlukan selama proses pembuatan sampai finishing, lalu mengukur

seberapa banyak bahan yang digunakan untuk pembuatan benda uji dan yang

terakhir pembuatan benda uji sampai pada proses pengujiannya.

3.2.1. Alat-alat Yang Digunakan

Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan komposit berpenguat

fiberglass dengan orientasi serat ayam adalah sebagai berikut:

1. Cetakan Kaca

Dalam pembuatan komposit, perlu adanya cetakan kaca yang berukuran 15

cm x 30 cm x 0,5 cm. Cetakan ini berfungsi untuk mencetak benda uji,

dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Cetakan kaca

2. Timbangan

Timbangan digital ini berfungsi untuk menimbang berat serat, agar sesuai

dengan berat yang diinginkan, dapat dilihat pada Gambar 3.3.


33

Gambar 3.3. Timbangan digital

3. Gelas Ukur

Gelas ukur ini berfungsi untuk mengukur jumlah resin dan hardener agar

terukur dalam proses pencampurannya, dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Gelas ukur

4. Sekop

Sekop ini berfungsi untuk meratakan dan menekan resin pada serat, dapat

dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Kuas


34

5. Vernier Caliper

Alat ini berfungsi untuk mengukur spesimen agar sesuai dengan standar

yang digunakan, dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. Vernier caliper

6. Gunting

Gunting ini digunakan untuk memotong serat agar sesuai dengan yang

dinginkan, dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Gunting

7. Sarung Tangan

Sarung tangan ini berguna melindungi tangan dari serat yang menusuk-

nusuk pada tangan saat proses pembuatan komposit, dapat dilihat pada

Gambar 3.8.

Gambar 3.8. Sarung tangan


35

8. Masker

Masker digunakan sebagai penutup mulut dan hidung saat proses

pembuatan komposit, dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Masker

9. Gerinda

Gerinda tangan ini berfungsi untuk membentuk spesimen benda uji tarik

agar sesuai dengan standar yaitu ASTM D638-02a, dapat dilihat pada

Gambar 3.10.

Gambar 3.10. Gerinda tangan

10. Amplas

Amplas digunakan untuk memperhalus dan mengurangi ketebalan pada

komposit yang kasar, dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11. Amplas 1000


36

11. Mesin Uji Tarik

Mesin uji tarik yang digunakan GOTECH KT-7010A2 TAIWAN,R.O.C,

milik Laboratorium Universitas Sanata Dharma, dapat dilihat pada

Gambar 3.12.

Gambar 3.12. Mesin uji tarik

3.2.2. Bahan-bahan Yang Digunakan

Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan komposit berpenguat

fiberglass dengan orientasi serat ayam adalah sebagai berikut:

a. Fiberglass

Fiberglass yang digunakan adalah jenis woven roving/anyam, dapat dilihat

pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13. Fiberglass


37

b. Resin Epoxy dan Hardener

Resin yang digunakan adalah resin epoxy jenis: BISPHENOL

EPICHLOROHYDRIN dan hardener jenis: POLYAMINOAMIDE, dapat

dilihat pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14. Epoxy dan Hardener

c. Release agent

Mirror glaze berbentuk pasta atau krim agak padat digunakan sebagai

pelapis antara bidang cetakan dan material adonan fiber agar kedua bagian

tadi tidak saling menempel,dapat dilihat pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15. Mirror glaze

3.2.3. Perhitungan Komposisi Komposit

Sebelum melakukan pencetakan benda uji komposit, terlebih dahulu harus

menghitung komposisi komposit yang dibuat. Fraksi volume yang digunakan

adalah 30% dan resin 70% berdasarkan volume cetakan.

Berikut adalah perhitungan komposisi komposit:

1. Perhitungan volume serat setiap lapisan

Massa jenis(ρ) =


38

Massa jenis (ρ) = 2,54 gr/cm³, (Callister, 2007)

a. Massa serat 1 lapis = 35,7 gr

Volume serat =

=

=14,06 cm

3 = 14,06 ml

b. Massa serat 2 lapis = 71,4 gr

Volume serat =

=

= 28,11 cm

3 = 28,11 ml

c. Massa serat 3 lapis = 107,1 gr

Volume serat =

=

= 42,17 cm

3 = 42,17 ml

2. Perhitungan presentase matrik

Volume resin + hardener = 157,5 ml

Presentase matrik =

x 100%

a. Presentase matrik 1 lapis =

x 100% = 91,8 %

b. Presentase matrik 2 lapis =

x 100% = 84,9 %

c. Presentase matrik 3 lapis =

x 100% = 78,9 %

3. Perhitungan presentase serat

Presentase serat =

x 100%

a. Presentase serat 1 lapis =

x 100% = 8,2 %

b. Presentase serat 2 lapis =

x 100% = 15,1 %

c. Presentase serat 3 lapis =

x 100% = 21,1 %


39

3.3 Pembuatan Komposit

Pada proses pembuatan komposit dengan serat fiber ini menggunakan

metode hand lay-up dengan standar ASTM D638-02a. Dibutuhkan benda uji

sebanyak 5 buah pada setiap variasi lapisan: komposit dengan 1 lapisan, komposit

dengan 2 lapisan, komposit dengan 3 lapisan dan matriks, sehingga total

keseluruhan benda uji tarik ada 20 benda uji. Dibawah ini merupakan langkah-

langkah yang digunakan untuk membuat komposit fiberglass:

1. Cetakan dibersihkan dari kotoran-kotoran yang menempel pada cetakan

dengan menggunakan kuas.

2. Release agent dioleskan pada permukaan cetakan dan penutup cetakan kaca

hingga merata semuanya.

3. Resin dan Hardener dituang kedalam gelas ukur sesuai dengan perhitungan

dan perbandingan 1:1. Setelah itu campuran resin dan hardener ini diaduk

hingga merata selama 2-3 menit.

4. Campuran tersebut selanjutnya dituang ke dalam cetakan kaca dengan

urutan resin kemudian dilapisi serat setelah itu lapisi dengan resin begitu

seterusnya hingga 1-3 lapis.

5. Setelah resin dioleskan ke permukaan cetakan kaca kemudian dilapisi oleh

serat fiber yang pertama, lalu searat kembali dilapisi resin hingga merata.

Hal itu dilakukan hingga lapisan yang ketiga.

6. Setelah komposit dicetak pada cetakan kaca, kemudian dikeringkan di

bawah sinar matahari hingga benar-benar kering.

7. Komposit yang sudah dikeluarkan dari cetakan, selajutnya dibentuk sesuai

dengan ukuran standar ASTM D638-2a.

3.4 Standar Benda Uji dan Ukuran Benda Uji

Standar yang digunakan dalam penelitian ini adalah Standar ASTM D638-

2a, dapat dilihat pada Gambar 3.16.


40

Gambar 3.16. Standar benda uji tarik

3.5 Cara Pengujian Tarik

Setelah komposit dibentuk menjadi benda uji sesuai dengan standar

ASTM D638-02a, kemudian spesimen akan diuji tarik. Pengujian tarik ini

bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik rata-rata dan regangan dari setiap

variasi lapisan. Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian tarik

adalah sebagai berikut :

1. Benda uji atau spesimen yang sudah dibentuk sesuai dengan standar

dipersiapkan terlebih dahulu.

2. Kertas miilimeter blok dipasang pada printer.

3. Benda uji dipasang pada grip (penjepit) atas dan bawah pada mesin uji tarik,

dengan menaikkan atau menurunkan grip bagian bawah. Sehingga benda uji

berada pada posisi grip yang tepat dan betul-betul vertikal.

4. Lalu grip dikencangkan tetapi jangan terlalu keras karena dapat merusak

permukaan benda uji.

5. Pemasangan extensometer pada benda uji dan nilai elongationnya diatur

menjadi nol.

6. Nilai beban diatur sehingga berada di posisi nol.


41

7. Kecepatan uji diatur (5 mm/menit) dan tombol start ditekan sebanyak dua

kali, kemudian jangan lupa tekan tombol down.

8. Seteah semuanya siap, kemudian pengambilan data denan pengujian tarik

dapat dimulai.


42

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

Pada dasarnya peneliti mengacu pada standar ASTM D638-02a namun

saat pembuatan benda uji ukurannya tidak sesuai dengan standar yang diinginkan.

Setelah pengujian tarik terhadap spesimen komposit berpenguat fiber dilakukan

pengolahan data dan perhitungan. Berikut hasil ditampilkan dalam bentuk Tabel

dan Gambar.

4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Matrik

Dari hasil pengujian tarik matrik Epoksi tipe: Bisphenol A-

Epichlorohydrin didapatkan sifat-sifat mekanik yaitu kekuatan tarik, regangan dan

modulus elastisitas. Sebelum dilakukan pengujian, benda uji diukur tebal dan

lebar terlebih dahulu. Berikut adalah contoh perhitungan :

A = Luas penampang matrik

= Tebal x Lebar

= 3,2 x 16,75

= 53,6 mm2

a. Setelah diketahui luas penampang, maka dapat dicari kekuatan tarik sebagai

berikut :

Kekuatan tarik = ( )

( ) =

= 4,61 kg/mm²

σ = ( ) (

)

( ) = 45,26 Mpa

b. Setelah diperoleh pertambahan panjang, maka dapat dicari regangan sebagai

berikut :

ΔL (mm) = pertambahan panjang = 2,5 mm

Lo (mm) = panjang mula-mula = 72 mm


43

=

x 100%

= (

) x 100%

= 3,47%

Perhitungan yang lain ditampilkan pada Tabel 4.1 – 4.8.

c. Setelah diperoleh kekuatan tarik dan regangan, maka dapat dicari modulus

elastisitasnya :

E =

=

= 13,04 MPa

Dengan adalah tegangan dan adalah regangan yang diambil dari nilai

yang berada pada UTS (titik puncak patahan).

Dari contoh perhitungan diatas, maka dapat dihasilkan tabel perhitungan

matrik epoksi tipe Bhispenol A-Epichlorohydrin yang dapat dilihat pada Tabel 4.1

dan 4.2.

Tabel 4.1. Dimensi matrik epoksi

Tabel 4.2. Sifat mekanik matrik epoksi

A1 195 72 74,5 16,75 3,2 53,60

A2 195 72 74,55 16,75 3,2 53,60

A4 195 72 74,1 16,75 3,2 53,60

A4 195 72 74,7 16,75 3,2 53,60

A5 195 72 74,55 16,75 3,2 53,60

Rata-rata 195 72 74,48 16,75 3,2 53,60

Lo (mm) L (mm) lebar (mm) tebal (mm) A (mm²)Kode Spesimen L total

A1 267,3 2,5 48,92 3,47 14,09

A2 259,2 2,55 47,44 3,54 13,39

A4 279,3 2,1 51,12 2,92 17,53

A4 287,8 2,7 52,67 3,75 14,05

A5 303,6 2,55 55,57 3,54 15,69

Rata-rata 279,44 2,48 51,14 3,44 14,95

Kekuatan tarik

(MPa)Regangan (%)

Modulus Elastisitas

(MPa)Kode spesimen W (kg) Elongasi (mm)


44

Dari hasil pengujian tarik matrik epoksi didapatkan diagram kekuatan

tarik, regangan dan modulus elastisitas dapat dilihat pada Gambar 4.1, 4.2 dan 4.3.

Gambar 4.1. Grafik kekuatan tarik matrik epoksi

Gambar 4.2. Grafik regangan matrik epoksi


45

Gambar 4.3. Grafik modulus elastisitas matrik epoksi

4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Komposit

Data hasil pengujian tarik serta hasil perhitungan untuk komposit

fiberglass 1 lapis, dapat dilihat pada Tabel 4.3 dan 4.4.

Tabel 4.3. Dimensi komposit fiberglass lapis 1

Tabel 4.4. Sifat mekanik komposit fiberglas lapis 1

Keterangan: Kolom yang berwarna merah adalah data yang tereliminasi dari

standar deviasi.

B1 195 72 75,3 16,3 1,61 26,24

B2 195 72 74,9 16,3 1,61 26,24

B3 195 72 80,75 16,3 1,61 26,24

B4 195 72 77,7 16,3 1,61 26,24

B5 195 72 79,4 16,3 1,61 26,24

Rata-rata 195 72 77,61 16,3 1,61 26,24

lebar (mm) tebal (mm) A (mm²)Kode Spesimen L total Lo (mm) L (mm)

B1 232,5 3,3 86,91 4,58 18,96

B2 249,2 2,9 93,15 4,03 23,13

B3 236,3 8,75 88,33 12,15 7,27

B4 218,9 5,7 81,83 7,92 10,34

B5 243,1 7,4 90,87 10,28 8,84

Rata-rata 236 5,61 88,22 7,79 13,71

Modulus Elastisitas


Kekuatan tarik

(MPa)Regangan (%)


46

Dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan, terdapat beberapa data yang

menyimpang. Maka dilakukan pengolahan data kembali dengan standar deviasi

dan didapat standar deviasi 4,2 (nilai penyimpangan).

DK = 88,22 – 4,2 = 84,02

DT = 88,22 + 4,2 = 92,42

Setelah dilakukan seleksi data menggunakan standar deviasi pada data pengujian

tarik komposit fiberglass lapis 1, maka didapatkan data yang dapat dilihat pada

Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Kekuatan tarik, Regangan dan Modulus Elastisitas komposit

fiberglass lapis 1 yang sudah di standar deviasi

Kode spesimen Kekuatan tarik

(MPa) Regangan (%)

Modulus Elastisitas

(MPa)

B1 86,91 4,58 18,96

B3 88,33 12,15 7,27

B5 90,87 10,28 8,84

Rata-rata 88,71 9,00 11,69

Dari hasil pengujian tarik komposit fiberglass lapis 1 didapatkan diagram

kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas dapat dilihat pada Gambar 4.4,

4.5 dan 4.6.

Gambar 4.4. Grafik kekuatan tarik komposit fiberglass lapis 1


47

Gambar 4.5. Grafik regangan komposit fiberglass lapis 1

Gambar 4.6. Grafik modulus elastisitas

komposit fiberglass lapis 1




48


Tabel 4.7. Sifat mekanik komposit fiberglass lapis 2



4.8 dan 4.9.


C1 195 72 79 16,22 2,57 41,69

C2 195 72 80,9 16,22 2,57 41,69

C3 195 72 79,75 16,22 2,57 41,69

C4 195 72 82 16,22 2,57 41,69

C5 195 72 80,8 16,22 2,57 41,69

Rata-rata 195 72 80,49 16,22 2,57 41,69

Kode Spesimen L total Lo (mm) L (mm) lebar (mm) tebal (mm) A (mm²)

C1 469,1 7 110,40 9,72 11,35

C2 459,8 8,9 108,21 12,36 8,75

C3 496,5 7,75 116,84 10,76 10,86

C4 463,8 10 109,15 13,89 7,86

C5 489,4 8,8 115,17 12,22 9,42

Rata-rata 475,72 8,49 111,95 11,79 9,65

Kode spesimen W (kg) Elongasi (mm)Kekuatan tarik

(MPa)Regangan (%)

Modulus Elastisitas

(MPa)


49







50


Tebel 4.9. Sifat mekanik komposit fiberglass lapis 3

Keterangan : Kolom yang berwarna merah adalah data yang tereliminasi dari

standar deviasi.

Dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan, terdapat beberapa data yang

menyimpang. Maka dilakukan pengolahan data kembali dengan standar deviasi

dan didapat standar deviasi 3,8 (nilai penyimpangan).

DK = 121,56 – 3,8 = 117,76

DT = 121,56 + 3,8 = 125,36

Setelah dilakukan seleksi data menggunakan standar deviasi pada data

pengujian tarik komposit fiberglass lapis 3, maka didapatkan data yang dapat

dilihat pada Tabel 4.10.

Tabel 4.10. Kekuatan Tarik, Regangan dan Modulus Elastisitas komposit

fiberglass lapis 3 yang sudah di standar deviasi

Kode

spesimen

Kekuatan tarik

(MPa) Regangan (%)

Modulus Elastisitas

(MPa)

D2 118,29 11,94 9,90

D3 125,23 17,78 7,04

D4 119,36 9,17 13,02

D5 118,86 21,67 5,49

Rata-rata 120,44 15,14 8,86

D1 195 72 87,5 16,25 3,25 52,81

D2 195 72 80,6 16,25 3,25 52,81

D3 195 72 84,8 16,25 3,25 52,81

D4 195 72 78,6 16,25 3,25 52,81

D5 195 72 87,6 16,25 3,25 52,81

Rata-rata 195 72 83,82 16,25 3,25 52,81

tebal (mm) A (mm²)Kode Spesimen L total Lo (mm) L (mm) lebar (mm)

D1 678,6 15,5 126,05 21,53 5,86

D2 636,8 8,6 118,29 11,94 9,90

D3 674,2 12,8 125,23 17,78 7,04

D4 642,6 6,6 119,36 9,17 13,02

D5 639,9 15,6 118,86 21,67 5,49

Rata-rata 654,42 11,82 121,56 16,42 8,26

Modulus Elastisitas


Kekuatan tarik

(MPa)Regangan (%)


51



4.11 dan 4.12




52



4.1.3 Hasil Rata-rata Pengujian Benda Uji Tarik Matrik dan Komposit

Berikut adalah data hasil rata-rata pengujian tarik matrik dan lapisan serat

komposit fiberglass dari kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas, dapat

dilihat pada Tabel 4.9.

Tabel 4.9. Hasil nilai rata-rata Kekuatan Tarik, Regangan dan Modulus

elastisitas komposit fiberglass

Dari hasil rata-rata pengujian tarik serta hasil perhitungan data matrik dan

lapisan serat komposit fiberglass didapatkan diagram kekuatan tarik, regangan

dan modulus elastisitas yang dapat dilihat pada Gambar 4.13, 4.14 dan 4.15.

Kekuatan Tarik Regangan Modulus Elastisitas

1 Matriks Epoksi 51,14 3,44 14,95

2 1 Lapisan 88,71 9,00 11,69

3 2 Lapisan 111,95 11,79 9,65

4 3 Lapisan 120,44 15,14 8,86

No Jumlah LapisanNilai Rata-rata


53

Gambar 4.13. Grafik rata-rata kekuatan tarik

Gambar 4.14. Grafik rata-rata regangan


54

Gambar 4.15. Grafik rata-rata modulus elastisitas

4.2. Pembahasan

Pembuatan komposit ini menggunakan metode hand lay-up, resin yang

digunakan jenis epoksi tipe: Bhispenol A-Epychlorohydrin. Pada komposit ini

menggunakan perbandingan 1:1, sehingga jumlah epoksi 78,75 ml dan hardener

78,75 ml. Komposit ini menggunakan fiberglass arah serat anyam (woven roving)

sebagai penguatnya dengan variasi penambahan persentase serat 1 lapis 8,2%,

serat 2 lapis 15,1% dan serat 3 lapis 21,1%.

Dari Gambar 4.1 kekuatan tarik rata-rata pada matrik epoksi adalah

sebesar 51,14 Mpa, data terbesar terdapat pada spesimen A5 dengan nilai sebesar

55,57 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen A2 dengan nilai sebesar

47,44 MPa. Dari Gambar 4.2 regangan rata-rata pada matrik epoksi adalah sebesar

3,44%, data terbesar terdapat pada spesimen A4 dengan nilai sebesar 3,75% dan

data terkecil terdapat pada spesimen A3 dengan nilai sebesar 2,92%. Dari Gambar

4.3 modulus elastisitas rata-rata pada matrik epoksi adalah sebesar 14,95 MPa,

data terbesar terdapat pada spesimen A3 dengan nilai sebesar 17,53 MPa dan data

terkecil terdapat pada spesimen A2 dengan nilai sebesar 13,39 MPa.


55

Dari Gambar 4.4 kekuatan tarik rata-rata pada komposit fiberglass lapis 1

adalah sebesar 88,71 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen B5 dengan nilai

sebesar 90,87 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen B1 dengan nilai

sebesar 86,91 MPa. Dari Gambar 4.5 regangan rata-rata pada komposit fiberglass

lapis 1 adalah sebesar 9,00%, data terbesar terdapat pada spesimen B3 dengan

nilai sebesar 12,15% dan terkecil terdapat pada spesimen B1 dengan nilai sebesar

4,58%. Dari Gambar 4.6 modulus elastisitas pada komposit fiberglass lapis 1

adalah sebesar 11,69 MPa, data tebesar terdapat pada spesimen B1 dengan nilai

18,96 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen B3 dengan nilai 7,27 MPa.

Dari Gambar 4.7 kekuatan tarik rata-rata komposit fiberglass lapis 2

adalah sebesar 111,95 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen C5 dengan nilai

sebesar 115,17 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen C2 dengan nilai

sebesar 108,21 MPa. Dari Gambar 4.8 regangan rata-rata komposit fiberglass

lapis 2 adalah sebesar 11,79%, data terbesar terdapat pada spesimen C4 dengan

nilai sebesar 13,89% dan data terkecil terdapat pada spesimen C1 dengan nilai

sebesar 9,72%. Dari Gambar 4.9 modulus elastisitas rata-rata komposit fiberglass

lapis 2 adalah sebesar 9,65 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen C1 dengan

nilai sebesar 11,35 MPa dan data terkesil terdapat pada spesimen C4 dengan nilai

sebesar 7,86 MPa.

Dari Gambar 4.10 kekuatan tarik rata-rata komposit fiberglass lapis 3

adalah sebesar 120,44 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen D3 dengan nilai

sebesar 125,23 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen D2 dengan nilai

sebesar 118,29 MPa. Dari Gambar 4.11 regangan rata-rata komposit fiberglass

lapis 3 adalah sebesar 15,14%, data terbesar terdapat pada spesimen D5 dengan

nilai sebesar 21,67% dan data terkecil terdapat pada spesimen D4 dengan nilai

sebesar 9,17%. Dari Gambar 4.12 modulus elastisitas rata-rata komposit

fiberglass lapis 3 adalah sebesar 8,86 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen

D4 dengan nilai sebesar 13,02 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen D5

dengan nilai sebesar 5,49 MPa.


56

Dari Gambar 4.13 diketahui rata-rata kekuatan tarik matrik epoksi, serat 1

lapis, 2 lapis dan 3 lapis. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin

bertambahnya lapisan serat akan membuat kekuatan tarik semakin meningkat hal

ini terlihat dari kekuatan tarik pada setiap lapisan yang terus meningkat. Kekuatan

tarik komposit fiberglass 1 lapis 88,71 MPa, 2 lapis 111,95 MPa dan 3 lapis

120,44 MPa. Gambar 4.14 menyajikan hasil rata-rata regangan dari matrik epoksi,

komposit fiberglass 1 lapis, 2 lapis dan 3 lapis. Dari grafik dapat dilihat regangan

pada komposit fiberglass 1 lapis sebesar 9,00% dan mengalami peningkatan

sampai pada komposit fiberglass 3 lapis sebesar 15,14%. Gambar 4.15

menyajikan hasil rata-rata modulus elastisitas dari matrik epoksi, komposit

fiberglass 1 lapis, 2 lapis dan 3 lapis. Dari grafik dapat dilihat modulus elastisitas

matrik epoksi sebesar 14,95 MPa lebih tinggi dan mengalami penurunan pada

komposit fiberglass 1 lapis sampai 3 lapis. Dari hasil modulus elastisitas tersebut

dapat dilihat bahwa material ini ulet, dikarenakan persebaran serat yang merata

dan berat serat yang bertambah pada setiap jumlah lapisan.

Dari hasil rata-rata kekuatan tarik yang dihasilkan terjadi peningkatan

yang cukup signifikan, mulai dari matrik epoksi hingga lapisan 3 terlihat pada

Gambar 4.13 semakin bertambah jumlah lapisan maka semakin bertambah pula

beban tariknya. Hal ini dikarenakan semakin banyak jumlah lapisan maka serat

yang diikat oleh matrik akan semakin banyak sehingga ikatan yang dihasilkan

antara serat dengan matrik menjadi semakin kuat dan beban tariknya pun semakin

meningkat. Selain itu tebal spesimen juga berpengaruh, karena semakin tebal

maka luas penampang semakin besar. Dengan bertambah besarnya luas

penampang, beban tarik yang dihasilkan juga semakin besar sehingga semakin

kuat.

Gambar patahan komposit dari masing-masing lapisan dapat dilihat pada

Gambar 4.16 – 4.19.


57

Gambar 4.16. Patahan pada matrik epoksi

Gambar 4.17. Patahan pada komposit fiberglass lapis 1




58

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakuakan, maka penulis dapat mengambil

kesimpulan sebagai berikut :

a. Nilai kekuatan tarik pada matrik adalah sebesar 51,14 MPa. Kekuatan tarik

komposit fiberglass dengan 1 lapis adalah sebesar 88,71 MPa. Kekuatan

tarik komposit fiberglass dengan 2 lapis adalah 111,95 MPa dan komposit

fiberglass dengan 3 lapisan adalah 120,44 MPa. Jadi dapat disimpulkan

bahwa semakin banyak jumlah lapisan maka kekuatan tariknya semakin

meningkat.

b. Nilai regangan yang dihasilkan mengalami kenaikan yang cukup

signifikan namun tidak dapat dipastikan bahwa itu pengaruh jumlah

lapisan. Regangan pada matrik sebesar 3,44%. Regangan pada komposit

fiberglass 1 lapis sebesar 9,00%, komposit fiberglass 2 lapis sebesar

11,79% dan komposit fiberglass 3 lapis sebesar 15,14%.

c. Nilai modulus elastisitas yang dihasilkan pun mengalami penurunan

seriiring dengan semakin bertambahnya jumlah lapisan. Modulus

elastisitas yang dihasilkan pada matrik adalah sebesar 14,95MPa. Modulus

elastisitas komposit fiberglass 1 lapis sebesar 11,69 MPa, komposit

fiberglass 2 lapis sebesar 9,65 MPa dan komposit fiberglass 3 lapis

sebesar 8.86 MPa.

5.2 Saran

Pada saat penelitian yang penulis lakukan, masih banyak terdapat

kekurangan dan kesalahan dalam proses pembuatan komposit. Maka dari itu

peneliti akan memberikan beberapa saran yang sekiranya dapat digunakan untuk

penelitian selanjutnya, adapun saran sebagai berikut :


59

a. Perlu dilakukan penelitian lanjut dengan penambahan persentase serat dan

jumlah variasi yang berbeda, agar dapat dibandingkan dengan penelitian

yang telah dilakukan sebelumnya.

b. Pada proses pembuatan komposit perlu diperhatikan, aduk perlahan resin

dan hardener agar tercampur merata. Untuk megurangi void dilakukan

penekanan yang diberi pembebanan.

c. Pada pembuatan benda uji dengan cara hand lay-up untuk mendapatkan

ketebalan yang seragam sebaiknya dilakukan dengan teliti. Terutama saat

meletakan cetakan, untuk meletakan cetakan sebaiknya diletakkan pada

permukaan yang rata. Jika tidak pada tempat yang rata saat penuangan

resin dan penekanan hasilnya tidak merata.


60

DAFTAR PUSTAKA

Adiyono, Aloysius Lilik. (1996). Pengaruh Suhu Curing terhadap Komposit

Polimer. FST. Universitas Sanata Dharma.

Annual Hand Book ASTM D 638-2a. “Standart Test for Tensile Properties of

Plastics”. Philadelphia, PA : American Society for Testing and Material.

Bismarck, A, Askargorta I.A., Lamphe, T.,Wielaye, B., Stamboulis,

A.,Skenderovich, I., Limbach, H.H., (2002). Surface Characterization of

Flax, Hemp and Celluosa Fibers: Surface Propertiesand the Water

Uptake Behavior, Journal Polymer Composite Vol 23, no. 5.

Diharjo, K., dan Triyono, T., (2000). Buku Pegangan Material Teknik. Universitas

Sebelas Maret, Surakarta.

Gibson, Ronald F. (1994). Principles of Composite Material Mechanics. New

York: Mc Graw Hill Inc.

Ichsan, Rusman Nur dan Irfa’i, Moch Arif. (2015). Pengaruh Susunan Lamina

Komposit Berpenguat Serat E-Glass dan Serat Carbon Terhadap

Kekuatan Tarik Dengan Matriks Polyester. Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya.

Jones, R. M. (1975). Mechanics of Composite Materials. Mc Graw Hill, New

York.

Jones, R. M. (1999). Mechanics of Composite Materials Seconds Editions.

Blacksbrug : Taylor & Francis.

Kaw, A. K. (1997). Mechanics of Composite Materials. CRC.Press. New York.

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

Widjarnako, Emanuel Mario. (2017). Karakteristik Kekuatan Komposit Serat

Kulit Pohon Sonokeling Dengan Variaisi Jumlah Lapisan Serat Pada

Matriks Polyester. FST. Universitas Sanata Dharma


61

Matthews, F.L., Rawlings, RD. (1993). Composite Material Engineering And

Science, Imperial College Of Science, Technology And Medi-cine,

London, UK.

Rines. (2009). Proses Manufaktur. Yogyakarta. Penerbit Andi.

Saputra, Ariel Tirza Edy. (2017). Sifat Mekanik Komposit Partikel Cangkang

Kerang Bermatriks Poliester Justus 108 Menggunakan Fraksi Volume

10%, 20% dan 30%. FST. Universitas Sanata Dharma.

Schwartz, M.M. (1984). Composite Materials Handbook. Mc. Graw-Hill Inc New

York.

Shackelford, J. F., Introduction to Materials Sciennce For Engineers, Prentice

Hall International, Inc

Suprianto, Aris. (2005). Pengaruh Ketebalan Terhadap Kekuatan Tarik dan

Regangan Komposit Serat Pisang. FST. Universitas Sanata Dharma.

Surdia, Tata., & Shiroku Saito. (2005), Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: PT

Pradnya Paramita.

Van Vlack, L. H. (1994), terjemahan Japrie. S. Ilmu dan Teknologi Bahan. Edisi

kelima, Erlangga, Jakarta.

William D. Callister, J., & Rethwisch, D. G. (2014). Materials Science and

Engineering an Introduction. Rosewood Drive: Wiley


62

LAMPIRAN

1. Grafik hasil uji tarik matrik epoxy


63

2. Grafik uji tarik komposit fiberglass lapis 1 dengan 8,2% serat


64



65



lxvi


penambahan persentase serat dan jumlah lapisan...

Documents