pengaruh variasi jenis core terhadap - · pdf filegambar 2.3 alat uji impak ... gambar 3.5...

PENGARUH VARIASI JENIS CORE TERHADAP KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT

SANDWICH CANTULA 3D

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syaratuntuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

EFFENDI NUR HASANNIM. I1406503

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA2009

HALAMAN PENGESAHAN

PENGARUH VARIASI JENIS CORE TERHADAP KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT

SANDWICH CANTULA 3D

Disusun oleh

Effendi Nur HasanNIM. I 1406503

Dosen Pembimbing I

Dody Ariawan, ST., MT.NIP. 19730804 199903 1 003

Dosen Pembimbing II

Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT.NIP. 19681004 199903 1 002

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Kamis tanggal30 Juli 2009

1. Joko Triyono, ST., MT.NIP. 19690625 199702 1 001 ………………………

2. Bambang Kusharjanta, ST., MT.NIP. 19691116 199702 1 001 ………………………

3. Wahyu Purwo Rahardjo, ST., MT.NIP. 19720229 200012 1 001 ……………………...

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dody Ariawan, ST., MT.NIP. 19730804 199903 1 003

Koordinator Tugas Akhir

Syamsul Hadi, ST., MT.NIP. 1971065 199802 1 002

MOTTO

‘Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka jika kamu telah

selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan)

yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap.’

(Al Insyiroh :6-8)

‘Kemenangan bukanlah akhir dari segalanya, karena mempertahankannya akan

jauh lebih sulit dan banyak rintangan’

(Effendi Nur Hasan)

PERSEMBAHAN

Dengan segala kerendahan hati, segenap cinta dan kasih sayang, penulis

persembahkan skripsi ini untuk :

1. Ibu, Bapak dan seluruh keluarga tercinta yang telah senantiasa memberikan

do’a, semangat dan dukungan baik moral, spiritual dan material tanpa

henti.

2. Teman-teman ”Solidarty Forever” UNS khususnya angkatan 2006 yang telah

menjadi saudara selama masa perkuliahan dan insyaAllah saudara

selamanya.

3. Generasi penerus bangsa yang akan menggunakan skripsi ini

sebagai referensi.

The Influence of The Variation of The Core To The Impact Strength of Cantula 3D Sandwich Composite

Effendi Nur Hasan

ABSTRACT

The aim of this research is to investigate the influence of the variation of the core to the impact strength of cantula 3D sandwich composite. The cores used in this research is waste (dry leaves, HDPE plastic, newspapers), corrugated cardboard, sengon laut wood (albazia falcataria) and polyurethane foam (PU Foam). The skin is made from the angle interlock woven of cantula 3D fiber with unsaturated polyester Yukalac® 157 BQTNEX resin matrik. The composite is made with hand lay up method with cantula fiber weight measurement 0,4.

Charpy impact testing based on ASTM D 5942 to investigate charpy impact strength of cantula 3D sandwich composite. Meanwhile drop weight testing to investigate the toughness of sandwich composite repeatly weight.

The result of this research shows that sandwich composite with the highest impact strength does not become the strongest in the drop weight testing. In charpy impact testing, the sengon laut core has highest average impact strength 92,66 kJ/m2, but in drop weight testing, sengon laut core only endure until impact between 4060 times from 100 times impact that has been done to other types of core. The difference of the impact strength is caused by impact fatigue factor and the ability of deformation of the core.

Keyword: Sandwich composite, cantula fiber, unsaturated polyester

resin, core, impact strength.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan bimbinganNyalah

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Variasi Jenis Core Terhadap

Kekuatan Impak Komposit Sandwich Cantula 3D.”. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah

untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Teknik di Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis menyampaikan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah

berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada :

4. Allah SWT atas kemudahan dan kelancaran yang telah diberikan.

5. Ibu, Bapak, dan kakakkakakku tercinta, atas do’a, kasih sayang dan semangat yang diberikan

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

6. Bapak Dody Ariawan, ST., MT. selaku pembimbing I dan Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo,

MT. selaku pembimbing II yang dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak

bantuan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.

7. Bapak Ir. Mukahar, MSCE. selaku Dekan Fakultas Teknik UNS.

8. Bapak Dody Ariawan, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS.

9. Bapak Bambang Kusharjanta, ST., MT., Bapak Joko Triyono, ST, MT. dan Bapak Wahyu Purwo

Rahardjo, ST., MT. selaku dosen penguji.

10. Bapak Budi Kristiawan, ST., MT. selaku pembimbing akademik.

11. Dosendosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan penulis.

12. Edwin Yusrizal, ST., B. Gunawan BM, ST., Rohmad Jarwanto, ST. yang telah melakukan

penelitian bersamasama dengan penulis.

13. Temanteman “Solidarty Forever” Teknik Mesin FT. UNS dan Alumni DIII Teknik Mesin

UNDIP angkatan 2002 yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi.

14. Bapak Ibu Amir dan keluarga beserta temanteman kost atas kebersamaan dan menjadi tempat tak

terlupakan.

15. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan dorongan semangat

serta do’anya, terima kasih.

Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena

itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas

dan dengan ucapan terima kasih.

Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan

sebagaimana mestinya.

Surakarta, Juli 2009

Penulis

DAFTAR ISI

HalamanABSTRAK ..................................................................................................... vABSTRACT.................................................................................................... viKATA PENGANTAR...................................................................................... viiDAFTAR ISI.................................................................................................... ixDAFTAR TABEL............................................................................................ xiDAFTAR GAMBAR........................................................................................ xiiDAFTAR NOTASI DAN SIMBOL................................................................. xiiiDAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN................................................................................. 14. Latar Belakang Masalah.................................................................................. 15. Perumusan Masalah......................................................................................... 26. Tujuan Penelitian.............................................................................................. 27. Manfaat Penelitian........................................................................................... 38. Batasan Masalah.............................................................................................. 39. Sistematika Penulisan...................................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI.......................................................................... 52.1 Tinjauan Pustaka.............................................................................................. 52.2 Pengertian Komposit........................................................................................ 62.3 Serat Cantula.................................................................................................... 62.4 Matrik ......................................................................................................72.5 Katalis ......................................................................................................82.6 Core ......................................................................................................92.7 Anyaman 3D.................................................................................................... 92.8 Komposit Sandwich......................................................................................... 102.9 Fraksi Berat Komposit..................................................................................... 102.10 Kekuatan Impak........................................................................... 11

2.10.1 Impak Charpy................................................................... 112.10.2 Impak Drop Weight.......................................................... 12

2.11 Penentuan Prosentase Kerusakan............................................... 142.11.1 Pengukuran Perambatan Retak........................................ 142.11.2 Pengukuran Kedalaman Kawah....................................... 142.11.3 Pengukuran Luas Kawah.................................................. 15

2.12 Energi Potensial........................................................................... 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN......................................................... 1616. Alat Dan Bahan Penelitian............................................................................... 16

3.1.1 AlatAlat yang Digunakan dalam Penelitian.................................................... 163.1.2BahanBahan yang Digunakan dalam Penelitian............................................. 16

17. Jumlah Spesimen 1718. Alur Penelitian................................................................................................. 18

19. Pembuatan Skin............................................................................................... 1820. Pembuatan Core............................................................................................... 19

3.5.1Sampah Kota ..........................................................................................193.5.2 Honeycomb Kardus (Corrugated Cardboard)................. 203.5.3 Sengon Laut..................................................................... 213.5.4 Polyurethane Foam (PU Foam)....................................................................... 21

21. Pembuatan Komposit Sandwich....................................................................... 2222. Pengujian Spesimen......................................................................................... 2223. Prosentase Kerusakan...................................................................................... 2324. Perhitungan Energi........................................................................................... 23

BAB IV DATA DAN ANALISA..................................................................... 244.1 Pengujian Impak Charpy.................................................................................. 244.2 Mode Kerusakan.............................................................................................. 25

4.2.1Core Sampah ..........................................................................................254.2.2 Core Sengon Laut............................................................ 254.2.3 Core Corrugated Cardboard............................................ 264.2.4 Core Polyurethane Foam.................................................. 26

4.3 Pengujian Impak Drop Weight......................................................................... 274.4 Karakteristik Kerusakan.................................................................................. 28

4.4.1Core Sampah ..........................................................................................284.4.2 Core Sengon Laut............................................................ 294.4.3 Core Corrugated Cardboard............................................ 294.4.4 Core Polyurethane Foam.................................................. 30

BAB V PENUTUP........................................................................................... 315.1 Kesimpulan ......................................................................................................315.2 Saran ......................................................................................................31

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... 32LAMPIRAN..................................................................................................... 34

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Sifat Resin UP 157 BQTNEX setelah mengeras............................ 8

Tabel 3.1. Jumlah spesimen.............................................................................. 17

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Anyaman 3D Angle Interlock (AI) ............................................ 9

Gambar 2.2 Konstruksi komposit sandwich.................................................. 10

Gambar 2.3 Alat uji impak drop weight........................................................ 13

Gambar 2.4 Sketsa perambatan retak pada spesimen uji impak drop

weight ....................................................................................................14

Gambar 2.5 Sketsa pengukuran kedalaman kawah........................................ 14

Gambar 2.6 Sketsa pengukuran diameter pada spesimen uji impak

drop weight................................................................................. 15

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian.............................................................. 18

Gambar 3.2 Ukuran CFlute corrugated cardboard yang dipakai................. 20

Gambar 3.3 Dimensi geometri dan tipe flute corrugated cardboard............. 20

Gambar 3.4 (a). Polyisocyanate dan Polyol Compound,

(b) busa polyurethane................................................................. 21

Gambar 3.5 Spesimen uji impak charpy ....................................................... 22

Gambar 3.6 Spesimen uji impak drop weight................................................ 22

Gambar 4.1 Core Shear yang terjadi pada core sampah................................ 25

Gambar 4.2 Kerusakan pada core sengon laut.............................................. 25

Gambar 4.3 Kerusakan pada core corrugated cardboard.............................. 26

Gambar 4.4 Kerusakan pada core polyurethane............................................ 26

Gambar 4.5 Potongan penampang core sampah............................................ 28

Gambar 4.6 Potongan penampang core sengon laut...................................... 29

Gambar 4.7 Potongan penampang core corrugated cardboard..................... 29

Gambar 4.8 Potongan penampang core polyurethane................................... 30

DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL

α = Sudut pendulum sebelum diayunkan

β = Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen

'α = Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen

b = Lebar spesimen (mm)

D = Diameter indentor (mm)

d = diameter kawah hasil tumbukan (mm)

Ep = Energi potensial (Joule)

E gesek = Energi potensial yang dibutuhkan pendulum sebelum mematahkan spesimen

(Joule)

E patah = Energi potensial yang dibutuhkan pendulum setelah mematahkan spesimen (Joule)

Eserap = Energi yang diperlukan pendulum mematahkan spesimen (Joule)

g = Percepatan gravitasi (m/s2)

h = Tebal spesimen (mm)

m = Massa benda (kg)

R = Jarak antara pusat gravitasi dan sumbu pendulum (m)

S = Kekuatan impak charpy (kJ/m2)

W = Berat pendulum (Newton)

Wc = Berat total komposit

wf = Fraksi berat serat

Wf = Berat serat (gr)

wi = Fraksi berat komponen material i

Wi = Berat komponen material i

wm = Fraksi berat matrik

Wm = Berat matrik (gr)

wv = Fraksi berat void

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran A Data Pengujian Impak Charpy................................................. 34

Lampiran B Data Pengujian Impak Drop Weight........................................ 35

Lampiran C Foto AlatAlat Penelitian......................................................... 39

Lampiran D Foto Spesimen Hasil Pengujian Impak Charpy....................... 40

Lampiran E Foto Spesimen Hasil Pengujian Impak Drop Weight.............. 41

Lampiran F Data Sheet Polyurethane Foam................................................ 42

BAB I

PENDAHULUAN

4.4.5 Latar Belakang Masalah

Komposit sandwich merupakan salah satu jenis komposit struktur yang

sangat potensial untuk dikembangkan dalam industri manufaktur. Komposit

sandwich merupakan gabungan dua lembar skin yang disusun pada sisi luar dan

terdapat core di tengahnya. Komposit sandwich membutuhkan inti / core yang

ringan dan murah sebagai pengisi di antara dua skin komposit, core yang biasa di

gunakan seperti honeycomb, PVC, foam dan sekarang ini mulai dikembangkan

core yang berasal dari alam seperti kayu dan sampah organik.

Penggunaan serat alam (jute, rami, kenaf dll) sebagai material komposit

sudah banyak dilakukan, seperti terlihat pada interior mobil, peredam akustik,

panel pintu dll, peningkatan ini disebabkan penggunaan komposit dapat

mengurangi berat sampai 80 % (Schuh, 1999). Serat cantula adalah salah satu

serat yang diperoleh dari ekstrasi daun tanaman Agave Cantula Roxb. Pada saat ini

serat tersebut digunakan sebagai bahan kerajinan tangan. Serat cantula mempunyai

kandungan selulosa sebesar 64,23 % , sehingga berpotensi sebagai bahan penguat

komposit (Raharjo dan Ariawan, 2003). Hal ini disebabkan karena adanya ikatan

yang kuat antara selulosa dengan maleic anhydride sebagai salah satu senyawa

penyusun resin thermosetting (Rana, 1997).

Banyak penelitianpenelitian yang menggunakan natural composite

sebagai bahan kajian. Tersedianya bahan baku merupakan faktor yang menjadi

pertimbangan tertentu bagi para peneliti. Dengan struktur honeycomb, kardus

yang biasa digunakan sebagai tempat untuk packing ternyata bisa menghasilkan

material komposit yang ramah lingkungan. Selain kardus, limbah sampah dan

kayu juga mulai digunakan sebagai material core. Sampah yang dimanfaatkan

untuk material core antara lain sampah organik (kertas, daun) dan sampah

anorganik (kaca, plastik). Prayetno (2007) telah memanfaatkan kayu sengon laut

sebagai core dalam penelitiannya. Kayu sengon laut lebih dikenal seharihari

1

sebagai bahan baku untuk pengecoran. Biasanya kayu ini akan menjadi kayu bakar setelah selesai

proses pengecoran. Dengan teknologi komposit, sampah dan limbah kayu tersebut bisa menjadi

material alternative untuk aplikasi struktur.

Beban terhadap aplikasi struktur tidak hanya diperoleh dari beban statis (static loading) tetapi

juga dari beban dinamis (dynamic loading). Kekuatan Impak suatu material menunjukkan kemampuan

dari material tersebut untuk menyerap dan menghilangkan energi pada saat menerima benturan atau

beban kejut (Mallick, 1998). Pengujian impak drop weight atau uji tumbukan (crash test) dilakukan

untuk mengetahui nilai tegangan lentur material komposit. Pengujian ini biasanya dilakukan pada

material untuk aplikasi otomotif dan aerospace. Pada tahun 1980, FIA melakukan pengujian crash box

pada prototype CN2. crash test digunakan sebagai acuan seberapa besar material dapat melakukan

peredaman tumbukan sehingga mengurangi kerugian yang serius ketika terjadi kecelakaan. Dupont

Polimers juga melakukan uji durabilty pada material plastik untuk mengetahui fenomena impact

fatigue. Menggunakan alat uji drop weight, material di uji ketahanannya dengan 100 kali tumbukan.

Oleh karena material komposit sedang dikembangkan untuk panel transportasi publik, maka

pengujian impak dilakukan untuk mengetahui seberapa kuat pengaruh core pada komposit sandwich

untuk bisa meredam tumbukan. Dengan dukungan bahan baku yang melimpah, penelitian ini diajukan

untuk lebih memperkaya informasi karakteristik mekanis (khususnya kekuatan impak) material

komposit berbasis serat alam.

4.4.6 Perumusan Masalah

Penelitian ini dilakukan atas dasar satu pertanyaan, “Bagaimana pengaruh jenis core terhadap

kekuatan impak komposit sandwich cantula 3D?” Dengan pengujian impak charpy akan diperoleh

energi serap untuk mendapatkan kekuatan impak charpy. Sedangkan pengujian impak drop weight

dilakukan untuk mengetahui prosentase kerusakan material.

4.4.7 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi jenis core terhadap

kekuatan impak komposit sandwich cantula 3D.

4.4.8 Manfaat Penelitian

4.5 Memberikan informasi tentang kekuatan impak dari komposit sandwich cantula 3D dengan variasi

jenis core.

4.6 Memberikan kontribusi positif dan memperkaya inovasi bagi ilmu pengetahuan dan teknologi

terhadap pemanfaatan serat cantula dengan berbagai variasi jenis core.

4.7 Pemanfaatan serat cantula dan limbah sampah sehingga menjadi barang yang bermanfaat dan

mempunyai nilai jual.

2.13 Batasan Masalah

Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah sebagai berikut:

2.11 Bahan yang digunakan pada komposit sandwich adalah skin UPRscantula anyaman 3D Angle

Interlock (AI).

2.12 Pengikat (binder) yang digunakan dalam pembuatan benda uji adalah Resin Unsaturated

Polyester (UPRs) Yukalac type 157® BQTN EX.

2.13 Jenis core yang di uji adalah sampah, corrugated cardboard, polyerethane foam (PU foam), dan

kayu sengon laut.

2.14 Kekuatan mekanik yang ingin diketahui adalah kekuatan impak charpy dan drop weight.

2.15 Pengujian impak drop weight menggunakan indentor bola dengan berat (m) 1,77 kg, diameter

(d) 81 mm dan tinggi jatuh (h) 2 meter.

2.16 Pengujian impak drop weight dengan energi potensial sebesar 34,72 Joule.

2.14 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat

penelitian, perumusan masalah, batasan masalah serta sistematika penulisan.

BAB II : Landasan teori yang berisi tinjauan pustaka, pengertian dan klasifikasi

komposit, komposit serat alam, resin / matrik, fraksi, komposisi, kekuatan impak charpy

dan drop weight.

BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat dan

pelaksanaan penelitian, pembuatan spesimen dan proses pendambilan data.

BAB IV : Data dan Analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data hasil

pengujian serta analisa hasil perhitungan.

BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

BAB II

LANDASAN TEORI

Lampiran G Tinjauan Pustaka

Serat alam sebagai filler komposit polimer mulai banyak digunakan sebagai pengganti filler

sintetik dalam kehidupan seharihari, mengingat serat alam ini memiliki banyak kelebihan dibanding

serat buatan. Kelebihankelebihan utama menggunakan serat alam sebagai filler pada plastik yaitu

densitasnya rendah, non abrasif, mudah didaur ulang, mampu hancur sendiri dialam (biodegradable),

mampu sebagai bahan pengisi dengan level tinggi sehingga menghasilkan sifat kekakuan yang tinggi,

tidak mudah patah, jenis dan variasinya banyak, hemat energi, dan murah (Rowell, dkk, 1997).

Ariawan dan Raharjo (2005) melakukan penelitian tentang penentuan kekuatan optimum serat

agave cantula dengan menggunakan perlakuan termal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

pemanasan optimal serat terjadi pada suhu 1100C selama 45 menit, yang menghasilkan penurunan kadar

air sebesar 10% dan peningkatan kekuatan tarik serat (37 kg/mm2). Pemanasan yang dilakukan pada

temperatur dan waktu yang berbeda menghasilkan penurunan kekuatan tarik serat.

Ariawan (2008), menyatakan bahwa komposit UPRsCantula 3D akan mengalami kenaikan

karakteristik mekanik (meliputi kekuatan dan modulus tarik, kekuatan dan moduls bending serta energi

serap dan kekuatan impak) seiring dengan bertambahnya fraksi berat dan mencapai nilai tertinggi pada

fraksi berat 60%.

Penelitian oleh Muehl, dkk, (2004) menyimpulkan bahwa panel komposit yang terbuat dari

sampah kertas memiliki sifat mekanik yang rendah ketika dipadukan dengan phenollic resin 5% dan

10% polypropylene dibandingkan dengan panel komposit dari serat kenaf. Meskipun demikian, panel

komposit dari sampah kertas lebih tahan terhadap kelembaban daripada panel komposit dari kenaf,

selain itu dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa penggunaan polypropylene dapat menurunkan

sifat mekanik panel komposit.

Ariawan (2008) melakukan penelitian tentang pengaruh variasi susunan core pada komposit

sandwich. Hasil penelitian bahwa arah susunan core honeycomb gelombang dua arah menghasilkan

kekuatan desak flatwise yang lebih besar dari pada arah susunan core honeycomb satu arah. Pada

komposit sandwich UPRScantula 3D dengan variasi arah susunan core honeycomb horisontal

gelombang dua arah mempunyai kekuatan bending lebih besar dari variasi arah susunan core

honeycomb lainnya.

Menurut Febrianto dan Diharjo (2004), pada komposit hibrid sandwich berpenguat serat E–

glass acak 300 gr/m2 dan kenaf anyam 810 gr/m2 pada vf = 30% bermatrik polyester dengan core kayu

sengon laut setebal 10 mm, kekuatan bending dengan core arah serat kayu horisontal adalah 263,28

MPa, lebih besar 181% di atas komposit hybrid sandwich dengan core kayu vertikal 97,5 MPa.

Kekuatan impak komposit sandwich dengan core vertikal 0,0604 J/mm2, lebih besar 4,4% di atas

kekuatan impak dengan core arah serat kayu horisontal 0,0578 J/mm2.

Shuma (2004) telah meneliti pengaruh massa jenis foam dalam material skin pada karakterisasi

percobaan struktur komposit sandwich polyurethane. Capaian maksimum peredaman tertinggi di dapat

pada suhu 00C pada specimen komposit sandwich polyester/glass PUFPolyester/Glass (PPP) dengan

massa jenis foam 0,6 gr/cm3. Semakin tebal core polyurethane menyebabkan besarnya energi serap

komposit sandwich semakin besar. Penambahan core polyurethane akan meningkatkan besar energi

serap maksimum melebihi energi serap maksimum lapisan depan komposit sandwich (Sudiono, 2005).

Lampiran H Pengertian Komposit

Kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Komposit

berasal dari kata kerja “to compose” yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana

bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Dalam hal ini

gabungan bahan ada dua macam :

2.11.4 Gabungan makro :

• Bisa dibedakan secara visual

• Penggabungan lebih secara fisis dan mekanis

• Bisa dipisahkan secara fisis dan mekanis

2.11.5 Gabungan mikro :

• Tidak bisa dibedakan secara visual

• Penggabungan ini lebih secara kimia

• Sulit dipisahkan, tetapi dapat dilakukan secara kimia

Karena bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro, maka bahan komposit dapat

didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau lebih

unsurunsur utamanya yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material pada

dasarnya tidak dapat dipisahkan. (Schwartz, 1984)

Gambar 2.7 Serat Cantula

Salah satu tanaman serat alam yang banyak tumbuh di Pulau Jawa adalah tanaman agave

cantula. Untuk memperoleh serat yang terkandung di dalamnya, maka daun tersebut harus diekstraksi

hingga keluar seratnya. Agave cantula ini dapat berkembang dengan baik pada daerah yang bermusim

kemarau yang kuat, ditambah tanah yang berlempung. Tanaman ini mempunyai ciri fisik sebagai

berikut:

Gambar 4.9 Daun berwarna hijau dengan duriduri pada bagian tepi.

Gambar 4.10 Daun mempunyai panjang 12 m, dan lebar 36 cm.

Keuntungan dari serat agave cantula ini adalah fleksibilitasnya sehingga dapat dipintal dan

dibuat anyaman.

2.15 Matrik

Gibson R.F, (1994) mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan

polimer, logam, maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu

struktur komposit. Matrik memiliki fungsi :

10. Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

11. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

12. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat

13. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan tahanan listrik.

Diantara jenis matrik yang ada, matrik polimer adalah yang paling luas penggunaannya. Salah

satu jenis polymer yang paling sering dipakai pada proses pembetukan komposit adalah unsaturated

polyester Resin (UPRs). Unsaturated polyester Resin (UPRs) merupakan resin cair dengan viskositas

rendah, dan akan mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis. Resin yang akan digunakan

adalah resin Yukalac® 157 BQTNEX. Resin ini secara dominan menggunakan orthopthalic anhydride

sebagai komponen asam jenuhnya. Kemudian didalam formulanya ditambahkan lagi dengan glycol.

Polimer ini mempunyai ikatan yang kuat dan membentuk rantai crosslinking saat membeku. Sifatsifat

yang membuatnya sering digunakan adalah murah, mudah digunakan, tidak menimbulkan gas dan

mempunyai kekuatan yang cukup tinggi. Resin UP 157 BQTNEX ini mulai curing segera setelah

katalis ditambahkan, sedang kecepatan reaksinya tergantung pada suhu dan reaktifitas katalisnya.

Tabel 2.1. Sifat Resin UP 157 BQTNEX setelah mengeras

Satuan Nilai Tipikal Keterangan

filler

Stuffer (straight warp)

Warp weaver

Berat jenisKekerasanSuhu Distorsi PanasPenyerapan air (Suhu ruang)

Flexural strengthFlexural modulusTensile strengthTensile modulusElongasi

°C%

Kg/mm2

Kg/mm2

Kg/mm2

Kg/mm2

%

1.2154070

0.1880.4669.43005.53001.6

25 °CBarcol GYZJ 9341

24 jam7 jam

Sumber : PT. Justus Kimia Raya, 2007

2.16 Katalis

Katalis adalah cairan kimia yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi pada proses

polimerisasi tanpa ikut bereaksi dengan bahan tersebut. Tanpa adanya katalis proses pengerasan resin

dapat berlangsung sangat lama pada temperatur ruangan.

Jenis katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah MEKP (Methyl Ethyl Ketone

Peroksida) dengan konsentrasi 1 %. Dengan tambahan katalis ini, resin akan mengeras seperti gel

dalam 15 menit dan mengeras sepenuhnya dalam 24 jam.

(i) Core

Inti / core sebuah komposit sandwich dibuat ringan, harganya murah, harus mampu menjamin

permukaan yang didukung dan dipisahkan, dapat bekerja sebagai satu kesatuan serta harus tahan

terhadap beban geser transversal dan normal transversal. Material core yang sering digunakan dalam

penelitian antara lain kayu (sengon laut, balsa), Foam (PVC,PU), stuktur honeycomb dan lainlain.

2.17 Anyaman 3D

Untuk mengatasi permasalahan yang timbul pada komposit tekstil 2D tersebut dikembangkan

suatu teknologi baru, yaitu anyaman serat 3D. Pada anyaman 3D, serat dianyam kearah sumbu X,Y dan

Z sehingga diperoleh anyaman yang memiliki panjang, lebar sekaligus tebal.

Gambar 2.1. Anyaman 3D Angle Interlock (AI)

Mohamed H.M dan Schartow R (2003) menjelaskan bahwa anyaman 3D memiliki beberapa

keunggulan jika dibandingkan dengan anyaman 2D yaitu:

Gambar 3.7 Meningkatnya performa komposit karena distribusi serat yang baik.

Gambar 3.8 Minimalnya takikan pada persimpangan serat arah X dan Y.

Gambar 3.9 Permeabilitas resin yang lebih baik akibat banyaknya susunan rongga.

Gambar 3.10 Meningkatnya ketahanan terhadap gaya geser dan delaminasi akibat adanya serat

tambahan arah Z.

Gambar 3.11 Anyaman yang lebih tebal sehingga lebih hemat waktu dan tenaga dalam proses

pembuatan komposit.

2.18 Komposit Sandwich

Sandwich struktur terdiri dari dua permukaan tipis dan kaku diluar (skin), yang diikat dengan

suatu perekat (adhesive) yang tipis dan inti yang lemah. Core berfungsi mendistribusikan beban geser,

sedangkan lapisan luar sebagai pelindung dan penahan beban bending. Gabungan dari kekuatan dan

kekakuan yang tinggi dengan kemampuan menyerap bunyi dan menghambat panas membuat komposit

sandwich ideal untuk desain struktural (Gdoutos, 2008).

Konstruksi sandwich telah digunakan secara luas dalam beberapa industri dimana dibutuhkan

suatu konstruksi yang ringan dan kaku, dari lambung kapal sampai struktur pesawat terbang, dari sisi

luar truk sampai dengan panel gedung, dari platform ruangan sampai geladak jembatan. Pemakaian

secara luas komposit jenis ini tidak terlepas dari sifat unggul yang dimilikinya seperti, keutuhan

struktur, konduktivitas panas rendah, kemampuan menumpu beban aerodinamik, kemampuan menahan

beban lentur, impak maupun meredam getaran dan suara.

Bottom skin

Top skin

Adhesive

Core

Gambar 2.2. Konstruksi komposit sandwich

2.19 Fraksi Berat Komposit

Fraksi berat komposit adalah perbandingan jumlah berat suatu unsur penyusun komposit

terhadap jumlah berat total komposit. Untuk material komposit yang terdiri dari beberapa komponen

pembentuk, jumlah fraksi berat untuk tiap komponen pembentuk komposit tersebut adalah satu

(Gibson, 1994), dan berlaku persamaan:

11

=∑=

n

iiw .......................................... (2.1)

dengan: c

ii W

Ww =

wi = Fraksi berat komponen material i

Wi = Berat komponen material i

Wc = Berat total komposit

Untuk komposit dengan penguatan serat, persamaan di atas menjadi:

1=++ vmf www .......................................... (2.2)

dengan: wf = Fraksi berat serat

wm = Fraksi berat matrik

wv = Fraksi berat void

jika jumlah void diabaikan, maka diperoleh

1=+ mf ww , karena wv=0 .......................................... (2.3)

Sehingga nilai fraksi berat serat dapat ditentukan dengan persamaan berikut

mf

ff WW

Ww

+= .......................................... (2.4)

dengan: wf = Fraksi berat serat

Wf = Berat serat (gr)

Wm = Berat matrik (gr)

2.20 Kekuatan Impak

Dengan uji impak dapat diketahui ketangguhan suatu material. Kekuatan impak komposit

sangat tergantung pada ikatan antar penyusun material komposit tersebut. Semakin kuat ikatan tersebut

maka semakin kuat pula kekuatan impaknya.

3.5.5 Impak Charpy

Pada penelitian ini digunakan metode pengujian impact charpy dengan mengacu pada standar

ASTM D 5942 untuk pengujian flatwise, unnotched. Secara umum pengujian impak ditujukan untuk

mengetahui tingkat ketangguhan atau keuletan suatu bahan dengan tenaga pematah yaitu pendulum

yang diangkat dengan sudut α ( )090 sehingga terdapat Energi potensial (E A ).

Besarnya energi potensial yang dibutuhkan pendulum sebelum mematahkan spesimen adalah E

gesek dan besarnya:

1.. hgmEgesek = ....................................... (2.5)

( )'cos1 α−=WREgesek

Besarnya energi potensial yang dibutuhkan pendulum setelah mematahkan spesimen adalah E

patah dan besarnya:

2.. hgmE patah = …………………………(2.6)

( )βcos1−=WRE patah

Sehingga besarnya energi yang digunakan untuk mematahkan spesimen adalah:

patahgesekserap EEE −= ………………………... (2.7)

( ) ( )[ ]βα cos1'cos1 −−−= WRWREserap

( )'coscos αβ −=WR

Dimana:

Eserap = Energi yang diperlukan pendulum mematahkan spesimen (Joule).

W = Berat pendulum (Newton).

R = Jarak antara pusat gravitasi dan sumbu pendulum (m).

α = Sudut pendulum sebelum diayunkan (900)

β = Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen.

'α = Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen.

Kekuatan impak charpy ( acU ) diperoleh dengan rumus :

S =

1000xhxb

Eserap

…………………………...(2.8)

di mana ;

S = Kekuatan impak charpy (kJ/m2)

Eserap = Energi yang diserap (Joule)

h = Tebal spesimen (mm)

b = Lebar spesimen (mm)

3.5.6 Impak Drop Weight

Popov (1996) menyatakan bahwa sebuah massa jatuh bebas atau benda bergerak, yang

menabrak sebuah struktur memberikan apa yang dinamakan beban atau gaya dinamik atau tumbuk

(dynamic impact load or force). Drop weight test adalah cara mudah dan bermanfaat untuk

mengevaluasi dampak kekuatan impak dari berbagai material dalam berbagai ukuran dan hasilnya dapat

digunakan dalam permodelan matematika dari tumbukan bola (Genc, 2004).

Dampak dari low velocity impact dapat di analisa dengan menggunakan alat uji impak drop

weight. Prinsip dari alat uji impak drop weight adalah suatu beban (pendulum) dibiarkan jatuh bebas

dengan jarak tertentu sehingga menumbuk spesimen (Seangatith, 2008). Dari pengujian ini dapat

dilihat kerusakan spesimen yang mengalami impak dan ketahanan spesimen setelah mengalami beban

berulang.

Gambar 2.3. Alat uji impak drop weight

Pada pengujian drop weight, kendala yang dihadapi adalah indentor tidak jatuh tepat pada

bagian yang ditentukan. Oleh karena itu, dilakukan proses meminimalisir kendala tersebut, antara lain

dengan:

25. Pengujian dilakukan dengan bantuan pulley, sehingga indentor tersebut akan tetap pada

tempatnya ketika akan dijatuhkan.

26. Sebelum bola dijatuhkan, indentor dalam keadaan diam. Sehingga, indentor tersebut jatuh pada

tempat yang sudah ditentukan pada spesimen.

27. Pipa paralon 4” digunakan sebagai alat bantu agar indentor fokus dan jatuh tepat pada bagian

spesimen yang telah ditentukan.

4.2.5 Penentuan Prosentase Kerusakan

Prosentase kerusakan pada pengujian drop weight dapat ditentukan dari beberapa cara, antara

lain:

2.10.3 Pengukuran Perambatan Retak

Cara ini dilakukan dengan mengukur perambatan retak yang terjadi setelah spesimen diuji drop

weight. Panjang retakan dan jumlah retakan menjadi referensi dalam penentuan kerusakan. Semakin

panjang dan banyak jumlah retakan, berarti kualitas komposit tersebut semakin buruk.

Gambar 2.4. Sketsa perambatan retak pada spesimen uji impak drop weight.

Kesulitan dari cara ini adalah dalam penentuan panjang retakan. Karena jumlah retakan yang

banyak dan letaknya tidak beraturan akan menyulitkan dalam pengukuran. Sehingga, hasil yang didapat

tidak valid untuk dijadikan referensi prosentase kerusakan.

retakan tidak beraturan spesimen

defleksidefleksi

2.10.4 Pengukuran Kedalaman Kawah

Dalam cara ini yang diukur adalah kedalaman kawah bekas tumbukan. Kedalaman bekas

tumbukan akan menjadi ukuran dalam penentuan prosentase kerusakan.

Gambar 2.5. Sketsa pengukuran kedalaman kawah.

Cara ini akan mengalami kesulitan pada waktu pengukuran. Karena spesimen telah mengalami

defleksi, sehingga kedalaman kawah akan sulit terukur dan hasil pengukuran tersebut tidak valid untuk

database.

2.10.5 Pengukuran Luas Kawah

Dalam metode ini yang diukur adalah luas kawah bekas tumbukan indentor.

Gambar 2.6. Sketsa pengukuran diameter pada spesimen uji impak drop weight.

Pada metode ini, pengukuran dilakukan pada bekas tumbukan yang berupa kawah, diukur

diameter kawah tersebut, kemudian dicari luasan kawahnya. Metode ini paling rasional untuk dilakukan

karena bekas tumbukan jelas terlihat pada spesimen.

2.17 Energi Potensial (Ep)

Energi potensial adalah kemampuan benda melakukan usaha karena kedudukannya dalam

medan gravitasi. Adapun rumus energi potensial adalah sebagai berikut:

Ep = m x g x h ...................................... (2.7)

Dimana;

Ep = Energi potensial (Joule)

m = Massa benda (kg)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

h = Tinggi jatuh (m)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Lampiran I Alat dan Bahan Penelitian

5.3 Alatalat yang digunakan dalam penelitian

3.5.7 Cetakan skin

Terbuat dari kaca tebal 4 mm dengan ukuran 200 x 200 mm untuk

spesimen uji impak drop weight dan ukuran 80 x 10 mm untuk uji

impak charpy.

3.5.8 Oven pengering BINDER

Digunakan untuk perlakuan awal serat dan post cure. Pengovenan

dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia UNS.

3.5.9 Timbangan HR 200 AND

Alat untuk mengukur massa serat, resin dan skin komposit sandwich.

3.5.10 Alat penggiling tepung

Digunakan untuk menghaluskan kertas, daun dan plastik sebagai

material core sampah

3.5.11 Dongkrak hidrolik

Digunakan untuk pengepresan pada pembuatan core sampah

3.5.12 Alat uji impak charpy

Digunakan untuk pengujian impak charpy. Pengujian dilakukan di

Laboratorium Material Teknik Mesin UNS

3.5.13 Alat uji impak drop weight

Digunakan untuk pengujian ketahan material terhadap beban berulang.

5.4 Bahanbahan yang digunakan dalam penelitian

14. Serat alam : Serat Cantula (Agave Cantula Roxb).

Sumber : Koperasi Rami Lestari Desa

Sidomulyo, Kecamatan Pengasih, Kulon Progo.

15. Resin : Unsaturated polyester (orthophtalic 157 BQTN

16

EX)

Sumber : PT. Justus Kimia Raya, Semarang.

16. Katalis : MEKPO (Methyl Ethyl Kethone Peroksida)


17. Releaser : Mirror Glaze Meguiar’s (Maximum Mold Release Wax).


18. Core :

Sampah (plastik, kaca, kertas, dan daun)

Sumber : TPS Putri Cempo Mojosongo.

Sengon laut (Albazia)

Sumber : Kecamatan Manisrenggo, Klaten.

Kardus (corrugated cardboard)

Sumber : CV. Buana Karton Box, Jl. Joko Tingkir 17, Solo.

Polyurethane (PU Foam)


19. Ahesive : Chloroprene dan PVAc bermerek dagang FOX.

Sumber : PT. Dyena Indria, Jakarta.

3.1.3 Jumlah Spesimen

Jumlah spesimen yang diuji dalam penelitian dapat dilihat dari tabel berikut:

Tabel 3.1 Jumlah spesimen.

NoSampel

SpesimenJenis core

Jumlah Spesimen

Impak Charpy

Jumlah Spesimen

Impak Dinamis1 Sampel 1 Sampah Kota 5 5

2 Sampel 2 Honeycomb 5 5

3 Sampel 3 PU Foam 5 5

4 Sampel 4 Sengon Laut 5 5

Jumlah 20 20

Total 40 spesimen

3.1.4 Alur Penelitian

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

Mulai

Cetak Skin

Panaskan 600 C selama 4 jam

Cetak komposit sandwich

Pengujian Impak charpy dan dinamis

Analisa

Serat cantula

Di anyam tipe AI

Dipanaskan suhu 1100C selama 45

menit

Bahan Core:Sampah, Corrugated

Cardboard ,Sengon Laut, Polyurethane Foam

Selesai

Pembuatan Core

Pengadaan Material

Resin UPRs BQTN EX 157 dan MEKPO

3.1.5 Pembuatan Skin

Pembuatan skin dilakukan dengan proses hand layup, dimana potongan mats diletakkan pada

cetakan kemudian campuran resin dengan katalis dituang untuk membentuk komposit. Proses hand

layup merupakan proses laminasi serat secara manual. Metode hand layup lebih ditekankan untuk

pembuatan produk yang sederhana dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus.

Kemudian spesimen dibekukan pada temperatur ruang selama 24 jam dan dibekukan lanjut pada suhu

600C selama 4 jam (post cure)guna mendapat ikatan antar matrik yang kuat (cross link).

3.1.6 Pembuatan Core

4.8 Sampah Kota

Sampah yang diambil berasal dari bahan organik dan anorganik. Sampah organik yang

digunakan berasal dari sampah dedaunan dan kertas, sedangkan sampah anorganik yang digunakan

berasal dari sampah plastik. Adapun sampah kota yang digunakan berasal dari Tempat Pembuangan

Akhir (TPA) Putri Cempo di daerah kelurahan Mojosongo Kota Surakarta.

Sampah yang telah diambil dan diklasifikasikan, kemudian dibersihkan dengan air dan

dikeringkan secara alami dengan sinar matahari selama ± 3 hari. Hal ini bertujuan untuk mengurangi

kadar air agar memudahkan dalam proses penggilingan.Sampah kota yang telah dikeringkan kemudian

dipisahkan antara material organik dengan material anorganik.

Sampah kota yang telah dibersihkan dan dikeringkan, kemudian digiling dengan mesin giling.

Untuk bahan jenis kertas dan daun. Namun untuk bahan jenis plastik, penggilingan tidak dapat

langsung dilakukan karena sifat plastik yang elastis. Agar dapat digiling menjadi serbuk, plastik

dipanaskan dalam bejana sampai melebur. Kemudian leburan plastik dituang kedalam bejana yang

berisi air, sehingga didapatkan gumpalangumpalan plastik yang getas. Gumpalan plastik tersebut

kemudian dikeringkan secara alami / dijemur dibawah terik sinar matahari. Gumpalan plastik yang

telah kering kemudian digiling dengan mesin giling, sehingga didapatkan serbuk plastik. Semua serbuk

kemudian di ayak menggunakan ayakan dengan ukuran mesh 20.

Serbuk yang dihasilkan dioven pada suhu 100oC selama 1 jam untuk menghilangkan pengaruh

perlakuan sebelumnya dan untuk mematikan atau memperlambat proses pembusukan secara biologis

sehingga panel yang dihasilkan akan awet, kemudian serbuk disimpan dalam wadah tertutup rapat dan

diberi silica gel, agar kelembabannya relatif stabil. Serbuk yang telah dihasilkan kemudian dicampur

dengan bahan pengikat (binder) yang berupa resin UPRs (Unsaturated Polymer Resin). Dengan

perbandingan 60% serbuk sampah dan 40% resin. Adapun komposisi serbuk sampah adalah 70%

sampah organik (35% daun, 35% kertas) dan 30% sampah anorganik (serbuk plastik). Kemudian

dicetak dalam cetakan dan dipress pada tekanan 76 kg/cm2.

4.9 Honeycomb Kardus (Corrugated Cardboard)

Pembuatan spesimen core dilakukan dengan menyusun dan merakit potongan kardus yang

dibuat dengan susunan gelombang dua arah, bahan yang digunakan untuk menyusun core adalah PVAc

Fox.

Pada penelitian ini digunakan kardus dengan tipe Cflute yang disusun dengan susunan

gelombang dua arah. Dengan tebal kardus = 4 mm, tebal kertas = 0,5 mm dan = 8 mm. Susunanλ

gelombang dua arah akan memberikan distribusi beban yang lebih merata sehingga akan terbentuk

susunan yang lebih kuat.

Gambar 3.2. Ukuran CFlute corrugated cardboard yang dipakai

Gambar 3.3. Dimensi geometri dan tipe flute corrugated cardboard

t = 4 mm

tL = 0,5 mm

tM

= 0,5 mm

λ =8 mm

(Sumber : Pflug, J dkk, 1999)

4.10 Sengon Laut

Kayu sengon laut yang akan digunakan sebagai core berumur 45 tahun. Batang pohon yang

digunakan sebagai core komposit sandwich adalah kayu dari tengah batang pohon sampai bawah. Kayu

tersebut dipotong pada arah melintang (tegak lurus serat kayu) sehingga tidak mengalami perubahan

dimensi setelah menjadi komposit sandwich.

Untuk menghasilkan kekuatan yang tinggi pada komposit sandwich, maka kegagalan akibat

terjadinya delaminasi antara komposit skin dengan core tidak boleh terjadi. Hal ini dapat tercapai

dengan mengurangi kadar air kayu sengon laut. Kadar air bebas pada serat dan kayu harus dihilangkan,

namun kadar air terikat di dalam sel harus dipertahankan agar tidak terjadi degradasi kekuatan serat

selulosa pada kayu sengon laut. Kayu dikontrol kadar airnya dengan dipanaskan di dalam oven pada

suhu 60 oC selama 45 menit untuk menghilangkan kadar air bebas pada kayu sebelum proses

pembuatan komposit. Kayu yang sudah kering siap digunakan sebagai core komposit sandwich.

4.11 Polyurethane Foam (PU Foam)

Polyurethane dihasilkan dari penggabungan dua bahan kimia Polyisocyanate (MILLIONATE

MR200) dan Polyol Compound (JKR7631 L). Kedua bahan kimia dicampur dengan ratio

perbandingan antara Polyisocyanate dan Polyol Compound adalah 3:2 (Sumber : PT. Justus Kimia

Raya). Campuran bahan kimia tersebut akan mengembang selama kurang lebih 10 menit dan akan

mengeras menjadi bentuk busa padat (solid foam). Baru kemudian di potong sesuai ukuran dengan

menggunakan cutter.

Gambar 3. 4. (a). Polyisocyanate dan Polyol Compound, (b) busa polyurethane

3.1.7 Pembuatan Komposit Sandwich

Dilakukan secara manual, dimana dua buah skin digabungkan dengan core memakai bahan

(a) (b)

%100)4(

21

)((

%100IndentorPermukaan Luas

Kawah LuaskerusakanProsentase

2

22

xr

dDDD

x

π

π −−=

=

perekat (adhesive) . Dalam hal ini perekat yang digunakan adalah Chloroprene karena perekat ini lebih

cepat mengeras. Ketebalan perekat sangat tipis sehingga diasumsikan perekat tidak berpengaruh

terhadap proses pengujian. Setelah kering kemudian dilakukan proses pengujian spesimen.

3.1.8 Pengujian Specimen

Untuk pengujian impak charpy komposit mengacu pada ASTM D 594296 dengan alat uji

impak charpy di Laboratorium Material Teknik Mesin UNS. Sedangkan untuk pengujian ketahanan

material (endurance) menggunakan alat uji impak drop weight.

Gambar 3.5. Spesimen uji impak charpy

Gambar 3.6. Spesimen uji impak drop weight

Gambar 3.12 Prosentase Kerusakan

Dalam penelitian ini cara penentuan prosentase kerusakan dengan menggunakan pengukuran

luas kawah. Bekas tumbukan indentor yang jelas terlihat pada spesimen memudahkan dalam

pengukuran. Dengan perbandingan luas kawah dengan luas permukaan indentor (½ luas bola) maka

akan didapat prosentase kerusakan. Rumus yang dipakai sebagai berikut:

...........................( 3.1)

Gambar 3.13 Perhitungan Energi

Pada pengujian ini hanya menghitung energi potensial. Energi potensial yang dilepaskan oleh

pendulum dalam pengujian impak drop weight sebesar:

Joule

mxsm

xkg

hxgxmEp

72,34

281,977,12

=

=

=

63,22

92,66

71,61

24,78

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sampah Sengon Laut Corrugatedcardboard

Polyurethane

Jenis Core

Kek

uat

an Im

pak

(kJ

/m2)

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Gambar 2.8 Pengujian Impak Charpy

Besarnya kekuatan impak charpy untuk masingmasing spesimen dengan

variasi jenis core dapat dilihat dari grafik pengujian di bawah ini:

Grafik 4.1. Grafik kekuatan impak charpy ratarata pada komposit sandwich

cantula 3D variasi jenis core.

Dari grafik pengujian di atas dapat diketahui bahwa komposit sandwich

cantula 3D core sengon laut memiliki kekuatan impak ratarata tertinggi yaitu

92,66 kJ/m2. Sedangkan komposit sandwich dengan core polyurethane memiliki

kekuatan impak ratarata terendah yaitu 24,78 kJ/m2.

Kekuatan impak tertinggi dari core sengon laut dikarenakan core ini

lebih solid dan arah serat core sengon laut searah dengan gaya. Sehingga dapat

mereduksi gaya yang dilepaskan oleh pendulum yang memiliki konsentrasi tinggi.

24

2.18 Mode Kerusakan

2.10.6 Core Sampah

Pada pengujian ini kerusakan yang terjadi pada core sampah berupa core shear, ikatan antar

filler yang terjadi tidak kuat menahan beban geser. Pada waktu Top skin menerima beban desak, beban

selanjutnya diteruskan ke core. Karena lemahnya kekuatan core sampah dibandingkan kekuatan

adhesive dan skin, maka beban geser akan terjadi pada core sampah sehingga terjadi kegagalan core

shear.

Gambar 4.1. Core Shear yang terjadi pada core sampah

2.10.7 Core Sengon Laut

Core sengon laut bersifat ulet, terbukti dari pengujian impak charpy, core sengon laut memiliki

kekuatan impak terbesar. Pada waktu top skin menerima beban desak, beban tersebut langsung

diteruskan ke core dan bottom skin. Terjadi beban geser vertikal antar serat pada core sengon laut.

Beban geser ini mengakibatkan patahan pada core sengon laut. Ikatan antar serat yang kuat menahan

beban geser yang terjadi pada core. Adhesive yang tidak merata pada skin menyebabkan terjadinya

beban geser horizontal. Pada bottom skin terjadi patahan yang disebabkan adanya beban tarik.

Gambar 4.2. kerusakan pada core sengon laut

Core Shear

tarik

desakgeser

2.10.8 Core Corrugated Cardboard

Pada core corrugated cardboard mode kerusakan yang terjadi berupa delaminasi pada skin,

bentuk kolom pada kardus membuat kuantitas adhesive yang merekatkan antara core dan skin menjadi

sedikit. Ketika menerima beban desak dari pendulum, core kardus mengalami buckling akibat beban

desak yang terjadi. Skin juga mengalami beban geser horizontal akibat dari tidak kuatnya ikatan antara

skin dan adhesive.

Gambar 4.3. Kerusakan pada core corrugated cardboard

2.10.9 Core Polyurethane Foam

Pada komposit sandwich core polyurethane, top skin mengalami patah akibat beban desak dan

bottom skin patah akibat beban tarik. Core tidak mengalami beban geser karena adhesive mengikat

kuat antara core dengan skin. Core mengalami kerusakan hanya pada daerah yang terkena beban.

Gambar 4.4 Kerusakan pada core polyurethane

delaminasidesak

geser

tarik

desak

0

10

20

3040

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100

Jumlah Tumbukan

Pro

sent

ase

Ker

usak

an (%

)

Sampah Sengon Laut

Corrugated Cardboard Polyurethane

5.5 Pengujian Impak Drop Weight

Pengujian drop weight ini lebih ditekankan pada ketahanan (durability) jenis core pada

komposit sandwich cantula 3D. Pada pengujian ini didapati bahwa kemampuan benda untuk bertahan

terhadap beban berulang tidak sama ketika benda tersebut mengalami beban tunggal. Dengan kata lain

yang terkuat pada pengujian impak charpy tidak menjadi yang terkuat pada pengujian impak drop

weight .

Hasil pengujian impak drop weight ditunjukkan oleh grafik di bawah ini:

Grafik 4.2. Grafik prosentase kerusakan ratarata terhadap jumlah tumbukan pada pengujian impak

drop weight komposit sandwich cantula 3D Variasi Jenis Core.

Dari grafik ini dapat dilihat pada tumbukan ke100, prosentase kerusakan ratarata terbesar terjadi pada

core corrugated cardboard yaitu 72,73%. Sedangkan kerusakan ratarata terendah terjadi pada core

Polyurethane sebesar 62,99%. kerusakan ini di dasarkan pada besarnya kawah yang diakibatkan oleh

tumbukan indentor.

Kemampuan benda untuk mereduksi beban dengan konsentrasi yang tinggi tidak sama dengan

kemampuan untuk mereduksi beban secara berulang. Hal ini bisa disebabkan karena faktor kelelahan

(fatigue) pada core ketika terjadi proses impak yang kontinyu. Impact fatigue bisa diartikan sebagai

kelelahan benda akibat low impact energi yang terjadi secara berulang. Kemampuan untuk bertahan ini

menjadi penting ketika material digunakan pada aplikasi teknik.

Penyebab yang lain yaitu kemampuan deformasi yang dimiliki core. Deformasi terdiri dari 2

macam yaitu deformasi plastis dan elastis. Benda memiliki kemampuan deformasi plastis jika benda

diberikan gaya kemudian gaya tersebut dibebaskan benda tidak akan kembali ke bentuk semula,

sedangkan benda yang memiliki kemampuan deformasi elastis apabila benda diberi gaya, kemudian

gaya tersebut dibebaskan, benda tersebut akan kembali ke bentuk semula.

Core sengon laut memiliki kemampuan deformasi plastis yang rendah dibanding core jenis lain.

Core sengon laut bersifat kaku, sehingga mengalami patah di beberapa tempat ketika menerima beban

berulang. Sedangkan core jenis lain yang memiliki kemampuan deformasi yang lebih tinggi akan

bertahan hingga tumbukan ke100.

5.6 Karakteristik Kerusakan

3.1.9 Core Sampah

Gambar 4.5. Potongan penampang core sampah

Hasil pengujian menunjukkan bahwa core sampah berfungsi sebagai peredam tumbukan pada

waktu dilakukan uji impak drop weight. Pada potongan spesimen dapat dilihat bahwa core sampah ikut

mengalami defleksi bersama skin, terjadi karena ikatan antara filler dan matrik kuat, Sehingga

distribusi beban yang diterima core dapat berjalan sempurna dan beban didistribusikan merata antara

filler dan matrik.

3.1.10 Core Sengon

Patah

PatahPatah

defleksi

Gambar 4.6. Potongan penampang core sengon laut

Pada core sengon laut distribusi beban diteruskan dari top skincorebottom skin, sehingga

kawah yang terjadi tidak terlalu besar. Patahnya core disebabkan karena kemampuan deformasi plastis

yang dimiliki oleh kayu sengon laut yang rendah. Jadi, ketika core tersebut terkena beban, tidak

terdefleksi melainkan patah di beberapa tempat.

3.1.11 Core Corrugated Cardboard

Gambar 4.7. Potongan penampang core corrugated cardboard

Pada core corrugated cardboard, beban yang diterima murni diredam oleh core. Akibatnya top

skin akan mengalami kerusakan lebih cepat karena beban tidak langsung diteruskan ke bottom skin.

Kerutan (buckling) terjadi akibat beban desak yang diterima core. Kawah yang terjadi akan lebih besar

daripada core yang lain.

3.1.12 Core Polyurethane

Kerutan (buckling)

Core hancur

Gambar 4.8. Potongan penampang core Polyurethane

Core polyurethane murni meredam tumbukan yang terjadi. Tetapi karena beban tidak

terdistribusi dengan baik, maka core polyurethane akan hancur oleh beban berulang. Kawah bekas

tumbukan yang terjadi relative lebih kecil daripada core lain.

Dari pengujian impak charpy dan drop weight dapat diketahui kemampuan dari komposit

sandwich dengan variasi core terhadap beban dengan konsentrasi tinggi dan kemampuan core meredam

benturan ketika menerima beban secara berulang. pengujian ini menjadi penting ketika material

digunakan dalam aplikasi struktur maupun manufaktur karena beban yang akan diterima material tidak

hanya beban tunggal dengan konsentrasi tinggi tetapi juga beban berulang.

BAB V

PENUTUP

2.10.10 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

28. Komposit sandwich dengan core sengon laut memiliki kekuatan impak tertinggi sebesar

92,66 kJ/m2 dan komposit sandwich core polyurethane terendah sebesar 24,78 kJ/m2.

29. Core dengan kekuatan impak charpy tertinggi tidak menjadi yang terkuat dalam uji

impak drop weight.

30. Faktor impact fatigue dan kemampuan deformasi mempengaruhi ketahanan core pada

waktu menerima low energy impact secara kontinyu.

2.10.11 Saran

Untuk dilakukan pengujian dengan variasi skin menggunakan bahan baku serat alam yang

berbeda. Karena dengan variasi skin, diharapkan akan diperoleh kekuatan yang seimbang antara

kekuatan impak charpy dan ketahanan material pada impak drop weight.

DAFTAR PUSTAKA

Ariawan, Dody, dkk, 2008, Karakteristik Kekuatan Bending Komposit Sandwich UPRs Cantula 3D Dengan Variasi Susunan Core Honeycomb Kardus Tipe CFlute. Proceeding ASPAC on ASET.

Ariawan, Dody, dkk, 2008, Karakteristik Mekanik Komposit UPRs Cantula Anyaman 3D. Proceeding ASPAC on ASET.

Febrianto B., Diharjo K., 2004, Kekuatan Bending Dan Impak Komposit Hibrid Sandwich Kombinasi Serat Karung Goni Dan Serat Gelas Polyester Dengan Core Kayu Sengon Laut, Skripsi, UNS, Surakarta.

Gdoutos, E.E, 2008, Failure Modes of Composite Sandwich Beams, Theoret. Appl. Mech., Vol.35, No.13, pp. 105, Belgrade.

Genc, Omurden, 2004, Single Particle Impact Breakage Characterization of Materials by Drop Weight Testing, Hacettepe University, Dept. Of Mining Engineering, AnkaraTurkey.

Gibson, RF, 1994, Principles of Composite Material Mechanics, McGraw Hill Inc., New York USA

Justus Kimia Raya, PT, 2001, Technical Data Sheet, Jakarta.

Mallik, P,K., 1998, FiberReinforced Composites, Materials, Manufacturing and Design, Marcel Dekker., New York and Basel, USA.

Mohamed, M.H. and Schartow, R. (2003). Light weight Composites for Automotive Aplications, 48th

International SAMPE Symposium ,3Tex Inc.

Muehl, James. H.; Krzysik, A.J.; Chow, P. 2004, Composite Panels Made With Biofiber or Office Wastepaper Bonded With Thermoplastic and/or Thermosetting Resin, United States Department of Agriculture.

Popov, E. P, 1996, Mekanika Teknik (Mechanics of Materials). Erlangga. Jakarta.

Rowell Roger M., 1997, Utilization of Natural Fibers in Plastic Composites : Problems and Opportunities, University of Wisconsin, Madison.

Raharjo dan Ariawan, 2003, Penentuan Kekuatan Optimum Serat Agave Cantula Dengan Menggunakan Perlakuan Thermal, Mekanika, Teknik Mesin, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.

Schwartz, M.M, 1984, Composit Manual Handbook, McGraw Hill Inc., New York USA.

Schuh G.T, 1999, Renewable Materials for Automotive Applications, UNESPSao Paulo State University.

Seangatith, Sittichai, 2008, Study on Impact Responses of Pultruded GFRP, Steel And Aluminum Beams by Using DropWeight Impact Test, Suranaree University of Technology, Thailand.

Shuma S.C.,Narashima HN, Krisna M, 2004, Effect Of Foam Density And Skin Material On The Damping Behaviour Of Polyurethane Sandwich Structure, Sage Publication.

Sudiono dan Diharjo K., (2003). “ Karakteristik Mekanis Komposit

Sandwich Serat Gelas Dengan Core Foam/ PU”, Skripsi, Jurusan

Teknik Mesin FT-UNS, Surakarta.

LAMPIRAN ADATA PENGUJIAN IMPAK CHARPY

Core sampel Massa (gr)

Panjang Specimen

(mm)

Lebar RataRata (mm)

Tebal RataRata (mm)

Sudut Pendulum Sebelum di

ayunkan ( )α

Sudut Pendulum

Tanpa Spesimen

( ')α

Sudut Pendulum

Setelah Mematahkan Spesimen ( )β

Cos

Sampah

1 12,75 80,2 10,33 18,23 90 88 79 0,042 12,19 80,1 10,67 18,37 90 88 79 0,043 12,72 80,5 10,47 18,63 90 88 79 0,044 12,76 80,5 10,67 18,57 90 88 78 0,045 12,52 80,1 10,40 18,37 90 88 79 0,04

Sengon Laut

1 11,41 80,2 10,30 18,53 90 88 74 0,042 11,57 80,3 10,70 18,37 90 88 75 0,043 11,29 80,5 10,67 18,40 90 88 75 0,044 11,77 80,6 10,67 18,53 90 88 74 0,045 11,08 80,5 10,53 18,43 90 88 74 0,04

Corrugated Cardboard

1 9,56 80,6 10,53 18,50 90 88 78 0,042 9,69 80,3 10,83 18,63 90 88 77 0,043 9,48 80,6 10,63 18,43 90 88 78 0,044 10,08 80,6 10,60 18,50 90 88 77 0,045 10,33 80,6 10,83 18,37 90 88 77 0,04

PU

1 9,17 80,6 10,53 18,50 90 88 84 0,042 8,93 79,7 10,57 18,67 90 88 85 0,043 8,93 80,7 10,57 18,50 90 88 84 0,044 9,02 80,5 10,50 18,63 90 88 84 0,045 8,98 80,3 10,40 18,63 90 88 85 0,04

34

LAMPIRAN BDATA PENGUJIAN IMPAK DROP WEIGHT (Core Sampah)

Jenis Core

Sample

Jumlah Tumbukan

Diameter Tumbukan

(mm)

Diameter Indentor

(mm)

Luas Permukaan Tumbukan

(mm2)

Luas Permukaan

Indentor (mm2)

Prosentase Kerusakan

(%)

Prosentase

Kerusakan RataRata

(%)

Keterangan

Sampah A

20 kali 23 81 847,98 10300,77 8,23 65,68 40 kali 30 81 1465,10 10300,77 14,22 60 kali 42 81 2985,86 10300,77 28,99 80 kali 53 81 5022,31 10300,77 48,76

100 kali 61 81 7047,34 10300,77 68,42

Sampah B

20 kali 22 81 774,44 10300,77 7,52 40 kali 29 81 1365,63 10300,77 13,26 60 kali 43 81 3142,62 10300,77 30,51 80 kali 52 81 4805,82 10300,77 46,65

100 kali 60 81 6761,61 10300,77 65,64

Sampah C


100 kali 61 81 7047,34 10300,77 68,42

Sampah D


100 kali 59 81 6486,24 10300,77 62,97 Sampah E 20 kali 21 81 704,41 10300,77 6,84

40 kali 29 81 1365,63 10300,77 13,26

60 kali 40 81 2687,26 10300,77 26,09 80 kali 49 81 4197,10 10300,77 40,75

100 kali 59 81 6486,24 10300,77 62,97 DATA PENGUJIAN IMPAK DROP WEIGHT (Core Sengon Laut)

Jenis Core

Sample Jumlah Tumbukan

Diameter Tumbukan

(mm)

Diameter Indentor

(mm)


(mm2)

Luas Permukaan

Indentor (mm2)


(%)

Prosentase Kerusakan RataRata

(%)

Keterangan

Sengon Laut A

20 kali 16 81 405,92 10300,77 3,94 23,13 40 kali 26 81 1090,16 10300,77 10,58 60 kali 38 81 2407,78 10300,77 23,37 Core pecah80 kali 81 10300,77 100 kali 81 10300,77

Sengon Laut

B

20 kali 17 81 458,84 10300,77 4,45 40 kali 25 81 1005,80 10300,77 9,76

60 kali 38 81 2407,78 10300,77 23,37 Core pecah80 kali 81 10300,77 100 kali 81 10300,77

Sengon Laut

C

20 kali 16 81 405,92 10300,77 3,94 40 kali 27 81 1178,22 10300,77 11,44 60 kali 39 81 2545,19 10300,77 24,71 Core pecah80 kali 81 10300,77 100 kali 81 10300,77

Sengon Laut

D 20 kali 17 81 458,84 10300,77 4,45 40 kali 26 81 1090,16 10300,77 10,58 60 kali 36 81 2146,55 10300,77 20,84 Core pecah80 kali 81 10300,77 100 kali 81 10300,77

Sengon Laut

E

20 kali 17 81 458,84 10300,77 4,45 40 kali 26 81 1090,16 10300,77 10,58 60 kali 38 81 2407,78 10300,77 23,37 Core pecah80 kali 81 10300,77 100 kali 81 10300,77

DATA PENGUJIAN IMPAK DROP WEIGHT (Core Corrugated cardboard)

Jenis Core

Sample

Jumlah Tumbukan

Diameter Tumbukan

(mm)

Diameter Indentor

(mm)


(mm2)

Luas Permukaan

Indentor (mm2)


(%)


(%)

Keterangan

Corrugated

cardboardA

20 kali 21 81 704,41 10300,77 6,84 72,73 40 kali 30 81 1465,10 10300,77 14,22 60 kali 43 81 3142,62 10300,77 30,51 80 kali 52 81 4805,82 10300,77 46,65

100 kali 64 81 7973,87 10300,77 77,41

Corrugated

cardboardB


100 kali 63 81 7652,66 10300,77 74,29

Corrugated

cardboardC


100 kali 60 81 6761,61 10300,77 65,64 Corrugate

d cardboard

D 20 kali 22 81 774,44 10300,77 7,52 40 kali 31 81 1568,48 10300,77 15,23 60 kali 42 81 2985,86 10300,77 28,99

80 kali 52 81 4805,82 10300,77 46,65 100 kali 65 81 8308,73 10300,77 80,66

Corrugated

cardboardE


100 kali 60 81 6761,61 10300,77 65,64

DATA PENGUJIAN IMPAK DROP WEIGHT (Core Polyurethane)

Jenis Core

Sample

Jumlah Tumbukan

Diameter Tumbukan

Diameter Indentor

(mm)


(mm2)

Luas Permukaan

Indentor (mm2)


(%)


(%)

Keterangan

PU A

20 kali 18 81 515,12 10300,77 5,00

62,99

40 kali 26 81 1090,16 10300,77 10,58 60 kali 39 81 2545,19 10300,77 24,71 80 kali 49 81 4197,10 10300,77 40,75

100 kali 59 81 6486,24 10300,77 62,97

PU B


100 kali 60 81 6761,61 10300,77 65,64

PU C


100 kali 58 81 6220,64 10300,77 60,39 PU 20 kali 19 81 574,79 10300,77 5,58

D

40 kali 26 81 1090,16 10300,77 10,58 60 kali 39 81 2545,19 10300,77 24,71 80 kali 49 81 4197,10 10300,77 40,75

100 kali 59 81 6486,24 10300,77 62,97

PU E


100 kali 59 81 6486,24 10300,77 62,97

RIGID POLYURETHANE FOAM SYSTEMFOR SLABSTOCK FOAM

MILLIONATE MR200 / JKR7631 L

31. Descriptionff. MILLIONATE MR200 / JKR7631 L is a rigid polyurethane foaming system, and the main usage

is a.gg. MILLIONATE MR200 is a polyisocyanatehh. JKR7631 L is a polyeher compound containing catalys, water and silicone surfactant.

35. Application: rigid slabstock polyurethane foam, FRP’S boat & hull storage, cold insulation ice box, cold storage, core maniquin, etc.

36. Specification

37. Foam reactivity & character

CREAM TIME (s) 2535GEL TIME (s) 100140RISE TIME (s) 130170COMPRESSIVE STRENGTH (Mpa) 0.16 MIN

Storage in cool & ventilated warehouse with temperature 1525 0C to prevent from shine and moisture.MILLIONATE MR-200 is a product from NIPPON POLYURETHANE INDUSTRY

CO.,LTD-JAPAN

PRODUCT NAME MILLIONATE MR200 (A)

JKR7631 L (B)

Composition Polyisocyanate Polyol CompoundAppearance Dark Brown Liquid Yellow Liquid

Viscosity (Mpa.S At 25 0C) 150250 20004000Specific Grafity (gr/cm3 at 25 0C) 1.2201.240 1.01.1Water Content by Weight (%) 34Nco Content by Weight (%) 30.532.0 Formulation 150 part 100 part

pengaruh variasi jenis core terhadap - · pdf filegambar 2.3 alat uji impak ... gambar 3.5...

Documents