S K R I P S I Rudi Sulistia H 0110620123

PENGARUH FRAKSI VOLUME KOMPOSIT POLIESTER YANG DIPERKUAT SERBUK SEKAM PADI (RICE HUSK FLOUR) TERHADAP SIFAT MEKANIKNYA

SKRIPSI KONSENTRASI TEKNIK PRODUKSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh: RUDI SULISTIA HARDANA NIM. 0110620123

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN MESIN MALANG 2006

Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer

PENGARUH FRAKSI VOLUME KOMPOSIT POLIESTER YANG DIPERKUAT SERBUK SEKAM PADI (RICE HUSK FLOUR) TERHADAP SIFAT MEKANIKNYA SKRIPSI KONSENTRASI TEKNIK PRODUKSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh : RUDI SULISTIA HARDANA NIM. 0110620123

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Ir. Bambang Indrayadi, MT NIP. 131 653 469

Ir. Ari Wahjudi, MT NIP. 132 125 697


PENGARUH FRAKSI VOLUME KOMPOSIT POLIESTER YANG DIPERKUAT SERBUK SEKAM PADI (RICE HUSK FLOUR) TERHADAP SIFAT MEKANIKNYA Disusun oleh : RUDI SULISTIA HARDANA NIM. 0110620123 Skripsi ini telah diuji dan dinyatakan lulus pada tanggal 10 Agustus 2006 DOSEN PENGUJI SKRIPSI I SKRIPSI II

Ir. Masduki, MM. NIP. 130 350 754

Anindito Purnowidodo, ST, M.Eng, DR.Eng. NIP. 132 206 466

KOMPREHENSIF

Ir. Djarot B. Darmadi, MT. NIP. 132 125 714

Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin

Ir. Bambang Indrayadi, MT. NIP. 131 653 469


KATA PENGANTAR Syukur Alhamdullilah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan sebaik-baiknya. Skripsi ini berjudul Pengaruh Fraksi Volume Komposit Poliester Yang Diperkuat Serbuk Sekam Padi (Rice Husk Flour) Terhadap Sifat Mekaniknya yang merupakan sebagian dari persyaratan akademik untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. Atas segala bantuan dan semangat yang telah diberikan, maka kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ibu, Bapak dan semua keluarga tercintaku yang telah memberikan dorongan dan semangat dan selalu mendoakanku. 2. Bapak Ir.Bambang Indrayadi, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, sekaligus selaku Dosen Pembimbing I. 3. Bapak dan Ir.Djoko Sutikno, M.Eng., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. 4. Bapak Ir. Ari Wahyudi, MT., selaku Dosen Pembimbing II. 5. Bapak Ir.Djarot B.Darmadi, MT, selaku Ketua Kelompok Konsentrasi Teknik Produksi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. 6. Staf Administrasi di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya yang telah banyak membantu dalam urusan administrasi. 7. Semua teman-teman dan semua pihak yang secara langsung atau tidak langsung khususnya Mesin angkatan 2001 yang telah membantu dalam pengerjaan skripsi ini. 8. Semua pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari dalam penyusunan skripsi ini tentunya ada kekurangan, maka penulis mengharapkan adanya saran dan kritik yang membangun untuk kesempurnaan skripsi ini. Akhirnya, semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan pihak lain yang tertarik untuk mengembangkannya.

Malang, 29 Juli 2006

Penulis


DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ................................................................................................ i DAFTAR ISI .............................................................................................................. ii DAFTAR TABEL ...................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. v DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... vi DAFTAR SIMBOL ... vii RINGKASAN .. viii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .... 1 1.2. Rumusan Masalah ... ... 2 1.3. Batasan Masalah ......................... 2 1.4. Tujuan Penelitian .... 2 1.5. Manfaat Penelitian ...... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Penelitian Yang Pernah Dilakukan .. 3 2.2. Pengertian Material Komposit ..... 4 2.3. Serbuk Sekam Padi sebagai Filler ... 4 2.4. Klasifikasi Komposit ... 6 2.5. Matrik Komposit .. 8 2.6. Polimer Matrik ..... 8 2.7. Teori Ikatan Penguat terhadap Komposit Matrik ...14 2.8. Metode Pembuatan Komposit Polimer Matrik ...... 15 2.9 Proses Terbentuknya Material Komposit ...... 15 2.10. Katalis ...... 16 2.11. Kekerasan .... 16 2.12. Kekuatan Tarik Komposit ... 17 2.13. Tegangan - Regangan Bahan Polimer ..... 18 2.14. Debonding 20 2.12. Hipotesis .. 20


BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Metode Penelitian . 21 3.2. Variabel Penelitian ... 21 3.3. Bahan dan Alat yang Digunakan .. 21 3.3.1. Bahan Penelitian ... 21 3.3.2. Alat Penelitian .. 21 3.4. Tempat dan Waktu Penelitian .. 22 3.5. Prosedur Pembuatan Spesimen 22 3.6. Metode Pengujian 24 3.6.1. Pengujian Kekerasan ... 24 3.6.2. Pengujian Kekuatan Tarik Komposit .. 25 3.7. Interval Penduga . 25 3.8. Analisis Varian Satu Arah 26 3.9. Diagram Alir Penelitian .. 29 BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Uji Kekerasan ... 30 4.1.1 Data Hasil Pengujian .. 30 4.1.2 Interval Penduga .. 31 4.1.3 Analisis Varian Satu Arah ... 32 4.2. Uji Kekuatan Tarik ... 34 4.2.1. Data Hasil Pengujian .... 34 4.2.2. Interval Punduga ...... 34 4.2.3. Analisis Varian Satu Arah ... 36 4.3. Pembahasan .. 37 4.3.1. Uji Kekerasan .. 37 4.3.2. Uji Kekuatan Tarik .. 39 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 44 5.2. Saran ..... 44 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


DAFTAR TABEL Tabel 2.1. : Perbandingan sifat-sifat matrik termoset ................................................ 12 Tabel 2.2. : Karakteristik kurva tegangan regangan bahan polimer ........................ 20 Tabel 3.1. : Komposisi berat (gr) berdasarkan fraksi volume spesimen uji kekerasan dan kekuatan tarik........................................................... 23 Tabel 3.2. : Dimensi spesimen pengujian tarik.......................................................... 25 Tabel 3.3. : Rancangan penelitian............................................................................. 27 Tabel 3.4. : Analisis varian satu arah ........................................................................ 28 Tabel 4.1. : Data hasil pengujian kekerasan ............................................................. 30 Tabel 4.2. : Interval penduga kekerasan ................................................................... 32 Tabel 4.3. : Analisis varian satu arah untuk kekerasan ............................................. 33 Tabel 4.4. : Data hasil pengujian kekuatan tarik ....................................................... 34 Tabel 4.5. : Interval penduga kekuatan tarik ............................................................ 35 Tabel 4.6. : Analisis varian satu arah untuk kekuatan tarik . 37


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. : Skema penyusunan metode (a) particulate, (b) serat pendek tidak kontinyu, (c) serat acak tidak kontinyu, dan (d) serat panjang yang disusun kontinyu .................................... 6 Gambar 2.2. : Klasifikasi material komposit ............................................................ 7 Gambar 2.3. : Klasifikasi polimer untuk matrik komposit ........................................ 9 Gambar 2.4. : Susunan Rantai Polimer .................................................................... 10 Gambar 2.5. : Cross link pada resin poliester............................................................ 11 Gambar 2.6. : Parameter-parameter dasar pada Pengujian Brinell ............................. 17 Gambar 2.7. : Tegangan dan regangan bahan polimer .............................................. 18 Gambar 2.8. : Kurva Tegangan-Regangan material polimer...................................... 19 Gambar 3.1. : Pembuatan Material Komposit .......................................................... 22 Gambar 3.2. : Spesimen uji kekerasan ..................................................................... 24 Gambar 3.3. : Spesimen uji kekuatan tarik ............................................................... 25 Gambar 3.4. : Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 29 Gambar 4.1. : Grafik Kekerasan Komposit Poliester ................................................ 38 Gambar 4.2. : Grafik Kekuatan Tarik Komposit Poliester ........................................ 39 Gambar 4.3. : Grafik hubungan antara tegangan tarik dengan regangan komposit untuk masing masing fraksi volume filler ....................... 41 Gambar 4.4. : Permukaan patahan spesimen hasil uji tarik ....................................... 42 Gambar 4.5. : Letak patahan spesimen uji tarik ....................................................... 43


DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. : Alat-alat Penelitian ............................................................................ 47 Lampiran 2. : Data Pengujian Kekerasan ................................................................. 49 Lampiran 3. : Data Pengujian Kekuatan Tarik ......................................................... 50 Lampiran 4. : Tabel T ............................................................................................. 53 Lampiran 5. : Tabel distribusi F ............................................................................... 54 Lampiran 6. : Foto Patahan Spesimen Uji Tarik ...................................................... 55 Lampiran 7. : Analisis Regresi ................................................................................ 56


DAFTAR SIMBOL Simbol A BHN D L P V a d, e Besaran Luas Kekerasan Brinell Diameter Panjang Beban Volume Tingkat kesalahan Deformasi Regangan Massa jenis s_ s Kekuatan tarik Standart deviasi Milimeter (mm) Milimeter per milimeter (mm/mm) Gram per sentimeter kubik (gr/cm3) Newton per milimeter persegi (N/mm2) Satuan Meter persegi (m2) Kilogram per milimeter persegi (kg/mm2) Milimeter (mm) Milimeter (mm) Kilogram (kg) Meter kubik (m3)


RINGKASAN RUDI SULISTIA HARDANA, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Juni 2006, Pengaruh Fraksi Volume Komposit Poliester Yang Diperkuat Serbuk Sekam Padi (Rice Husk Flour) Terhadap Sifat Mekaniknya, Dosen pembimbing : Bambang Indrayadi, Ir. MT dan Ari Wahjudi, Ir, MT. Kata kunci : komposit, poliester tak jenuh, sekam padi, kekerasan, kekuatan tarik Proses penggilingan padi menghasilkan limbah sekam padi yang mencapai 16 sampai 25 % dari roses penggilingannya. Limbah sekam padi memiliki potensi untuk diolah, sehingga dapat memiliki nilai tambah. Salah satu pemanfaatan limbah sekam padi adalah menggunakan sekam padi sebagai bahan pengisi (filler) material komposit, yaitu komposit matrik polimer. Penggunaan sekam padi sebagai filler ini memiliki beberapa pertimbangan dari adanya kandungan silika didalamnya. Kandungan ini berpengaruh terhadap sifat bahan, salah satunya adalah kekerasan. Sedangkan matrik yang digunakan untuk mengikat filler ini adalah plastik termoset yaitu resin poliester tak jenuh. Sifat bahan ini adalah mudah mengikat filler, serta adanya ikatan silang di antara rantai strukturnya yang berpengaruh terhadap sifat mekanik material komposit. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pemanfaatan penambahan sekam padi sebagai filler komposit polimer terhadap nilai kekerasan dan kekuatan tariknya. Metode yang digunakan adalah eksperimen sejati dengan pengulangan sebanyak 5 (lima) kali. Penambahan filler yang digunakan pada perbandingan fraksi volumenya adalah sebesar 0%, 10%, 20%, 30% dan 40%. Proses pembuatan material komposit poliester dengan metode pengecoran (casting). Data penelitian diolah dengan menggunakan analisis varian satu arah. Hasil penelitian menunjukkan nilai kekerasan semakin meningkat sampai fraksi volume 40% yaitu sebesar 32,027 BHN. Penelitian ini menunjukkan bahwa penambahan sekam padi sebagai filler memberikan efek penguatan positif terhadap nilai kekerasan material komposit poliester. Sedangkan pada nilai kekuatan tariknya mengalami peningkatan sampai dengan 20%, yaitu sebesar 74,019 N.mm-2, kemudian mengalami penurunan pada fraksi volume diatas 20%. Penelitian ini menunjukkan bahwa penambahan sekam padi sebagai filler matrik poliester tak jenuh memberikan efek penguatan positif terhadap nilai kekuatan tarik material komposit sampai dengan fraksi volume filler sekam padi 20%.


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Proses penggilingan padi menghasilkan beras dan sekam padi. Sekam padi yang didapatkan dari proses penggilingan mencapai 16 sampai dengan 25% dari jumlah padi (Balai Penelitian Pasca Panen Pertanian, 2001). Sekam padi memiliki potensi untuk dimanfaatkan, sehingga memiliki nilai tambah. Salah satu pemanfaatannya adalah melalui teknologi alternatif yaitu mamanfaatkan sebagai filler material komposit. Sekam padi merupakan jenis cellulosic organic filler dengan keunggulan di antaranya murah dan mudah didapatkan. Adanya kandungan silika di dalam sekam padi memberikan pengaruh terhadap sifat mekanik pada penggunaannya sebagai filler material komposit. Penggunaan sekam padi sebagai filler material komposit, selain memberikan nilai tambah juga menghasilkan material baru dengan sifat tertentu. Pemanfaatan sekam padi sebagai material komposit ditunjukkan dalam penelitian Young, et al., 2004 yang meneliti penggunaan filler sekam padi pada matrik plastik jenis termoplastik high density polyethylne (HDPE). Hasil penelitian menunjukkan bahwa modulus elastisitas material komposit meningkat seiring dengan penambahan filler. Pada penelitian lain juga menunjukkan hasil yang sama, yaitu penambahan filler sekam padi pada matrik termoplastik polypropylene, modulus elastisitas material komposit meningkat (Kims, 2003). Sedangkan ditinjau dari matrik, poliester merupakan resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti resin termoset lainnya, sehingga tidak memerlukan tekanan saat pencetakkan (Saito, 1993). Resin poliester tak jenuh juga memiliki beberapa keunggulan apabila dibandingkan dengan poliester jenuh yang merupakan jenis plastik termoplastik yaitu terhadap kekerasan dan modulus elastisitasnya serta beberapa sifat fisik lainnya (Edward, 2003). Pembuatan material komposit dengan menggunakan matrik dari plastik, dan bahan alami berupa limbah sebagai filler, selain memberikan nilai tambah juga menghasilkan produk material baru dengan sifat-sifat tertentu. Pembuatan material komposit ini berpengaruh terhadap jumlah komponen penyusunnya, sehingga biaya produk komposit menjadi lebih ringan, selain itu bahan baku filler juga mudah didapatkan. Beberapa contoh penggunaan produk material komposit polimer plastik


antara lain sebagai komponen interior kendaraan, perabot rumah tangga, dan komponen interior rumah (jendela, pintu, dinding, dan lantai). 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut : Bagaimanakah pengaruh perbandingan fraksi volume antara serbuk sekam padi dan resin poliester tak jenuh terhadap kekerasan dan kekuatan tarik komposit poliester. 1.3 Batasan Masalah Agar dalam menganalisa pembahasan menjadi lebih spesifik dan terarah, maka dalam penelitian ini perlu adanya beberapa batasan masalah. Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Sifat mekanik yang diuji adalah kekerasan dan kekuatan tarik. 2. Prosentase penambahan serbuk sekam padi pada resin poliester tak jenuh adalah 0%, 10 %, 20%, 30 % dan 40%. 3. Ukuran serbuk sekam padi berdasarkan pengayakan maksimal adalah 0,250 mm. 4. Jenis matrik yang digunakan adalah poliester tak jenuh (unsaturated polyester yukalac) ; termoset. 5. Jenis katalis yang digunakan adalah MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide). 6. Proses pembuatan dilakukan dengan metode pengecoran (casting). 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perbandingan fraksi volume antara serbuk sekam padi dan resin poliester tak jenuh terhadap kekerasan dan kekuatan tarik komposit poliester. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Memberikan kontribusi dalam dunia pendidikan untuk memahami proses pembuatan komposit serta mengembangkan ilmu di bidang teknologi komposit. 2. Mendorong terciptanya produk-produk inovatif terhadap pemanfaatan limbah sekam padi secara optimal, sehingga nilai kegunaan dan nilai ekonomi meningkat.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan Penelitian Edward, 2003 menunjukkan perbandingan modulus elastisitas, kekerasan, dan beberapa sifat fisis dari resin poliester tak jenuh (unsaturated polyester) dengan poliester jenuh yang telah dicampur dengan serat. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa resin poliester tak jenuh memiliki sifat-sifat paling baik dari sifat sifat yang diteliti. Selain itu resin poliester juga memiliki harga yang lebih murah dibandingkan dengan poliester jenuh. Penggunaan matrik poliester sebagai bahan pengikat berupa serbuk seperti yang telah diteliti oleh Firdaus. M, 2004 menunjukkan bahwa dengan menggunakan serbuk kayu kamper sebagai filler, kekuatan tarik yang dihasilkan meningkat seiring dengan bertambahnya filler. Penambahan filler yang digunakan tidak melebihi 50% dari volume matrik, yaitu 0 sampai dengan 40% fraksi volume. Ukuran serbuk diseragamkan melalui proses pengayakan dengan mesin ayak rotab. Proses pembuatan material komposit dengan metode pengecoran (casting). Pencampuran matrik dan filler terjadi pada temperatur ruang 27C, pemberian katalis sebesar 1% dari volume resin untuk proses pengeringan material dilakukan setelah 10 detik dari pengadukkan matrik dan filler yang kemudian diaduk kembali. Penelitian Young. et al., 2004, menunjukkan bahwa penggunaan sekam padi (rice husk) sebagai filler matrik termoplastik (high density polyethylene) meningkatkan modulus elastisitas pada pengujian kekuatan tarik komposit seiring dengan penambahan filler. Sedangkan pada peningkatan kecepatan putar pengeluaran yang tinggi oleh screw pada proses ekstrusi mengakibatkan material menjadi rapuh. Penggunaan sekam padi sebagai filler termoplastik (polypropylene) juga diteliti oleh Kim, 2003 menunjukkan bahwa semakin bertambahnya filler, kekuatan tarik yang dihasilkan menurun dan modulus elastisitas pada pengujian tarik yang dihasilkan meningkat. Penambahan filler yang digunakan sebesar 10, 20, 30,dan 40 % fraksi volume. Sekam padi yang digunakan berupa serbuk.


2.2

Pengertian Material Komposit Secara umum material komposit merupakan penggabungan dua atau lebih

material berbeda (pengisi atau elemen penguat dan pengikat) yang kemudian disusun secara kombinasi sistematik untuk memperoleh sifat tertentu (Schwartz, 1997 : 2). Komposit sendiri dapat didefinisikan sebagai kombinasi antara 2 material atau lebih yang berbeda bentuknya, komposisi kimianya, dan tidak saling melarutkan antara materialnya dimana material yang satu berfungsi sebagai penguat dan material yang lainnya berfungsi sebagai pengikat untuk menjaga kesatuan unsur-unsurnya (Gibson, 1994 : 1). Keuntungan penggunaan material komposit adalah (Schwartz, 1997 : 5) : 1. Bobotnya ringan tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik. 2. Spesimen dengan permukaan yang baik. 3. Biaya produksi lebih murah. 4. Umur pemakaian lama. 5. Tahan terhadap korosi. Kekurangan dari material komposit adalah : 1. Komposit tertentu peka terhadap perubahan temperatur yang drastis. 2. Beberapa bahan penyusun komposit mudah terbakar. 3. Perbaikan bila terjadi kerusakan lebih sulit.

2.3

Serbuk Sekam Padi Sebagai Filler Filler ditambahkan ke dalam matrik bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat

mekanis plastik melalui penyebaran tekanan yang efektif di antara filler dan matrik. Selain itu penambahan filler akan mengurangi biaya disamping memperbaiki beberapa sifat produknya. Bahan-bahan anorganik seperti kalsium karbonat, talc, mika, dan fiberglass merupakan bahan yang paling banyak digunakan sebagai filler dalam industri plastik. Penambahan kalsium karbonat, mika dan talc dapat meningkatkan kekuatan plastik, tetapi berat produk yang dihasilkan juga meningkat sehingga biaya pengangkutan menjadi lebih tinggi. Selain itu, kalsium karbonat dan talc bersifat abrasif terhadap peralatan yang digunakan, sehingga memperpendek umur pemakaian. Penambahan fiber glass dapat meningkatkan kekuatan produk tetapi harganya sangat mahal. Karena itu penggunaan bahan organik sebagai filler dalam industri plastik mulai mendapat perhatian (Setyawati, 2003 : 6).


Sekam padi merupakan lapisan keras yang membungkus butir beras. Pada proses penggilingan gabah, sekam padi akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Proses penggilingan padi menghasilkan 16,3 sampai 28% sekam padi (Balai Penelitian Pasca Panen Pertanian, 2001 : 1). Pemanfaatan sekam padi selama ini masih terbatas, yaitu penggunaan sekam padi sebagai bahan bakar tambahan pada industri pembuatan batubata, bahan dekorasi, atau bahkan dibuang di kandang hewan (Priyosulistyo. et al, 1999 : 1). Komposisi kimia sekam padi beravariasi dari tahun ke tahun akibat perbedaan varietas, latar belakang agronomi, cara penyediaan contoh dan metode analisisnya. Meskipun demikian, sekam padi memiliki kandungan spesifik dibandingkan bahan lain, terutama dalam hal tingginya serat kasar, lignin, dan abu. Berdasarkan hasil penelitian komposisi kimia sekam padi adalah sebagai berikut (Luh,1991 : 271) : Kadar air Serat kasar Abu Silika Kalsium (mg/g) Posfor (mg/g) Serat netral Serat asam Lignin Selulosa Pentosa Hemiselulosa : 7,60 10,2 % : 35,0 46,0 % : 13,2 21,0 % : 18,8 22,3 % : 0,60 1,30 : 0,30 0,70 : 66,074,0 % : 58,0 62,0 % : 9,00 20,0 % : 28,0 36,0 % :21,022,0% : 12,0 %


Sekam padi memiliki massa jenis rata-rata 0,67 ~ 0,74 g/cm3. Adanya tinggi kandungan silika yang tinggi menunjukkan bahwa lapisan luar dari sekam menghasilkan kekerasan 5,5 6,5 (skala Mohs). Sehingga sekam dapat dijadikan sebagai bahan abrasif dan juga dapat menyebabkan derajat kekerasan yang tinggi. Tingginya kandungan silika pada bagian luar sekam juga menyebabkan sekam tahan terhadap kelembaban. (Luh, 1991 : 270). Sekam padi memiliki sifat-sifat dan kandungan yang baik di dalamnya, sehingga sekam padi memiliki potensi untuk dapat dimanfaatkan, antara lain sebagai berikut : 1. Bahan baku industri kimia, terutama kandungan zat kimia 2. Bahan baku industri bahan bangunan, terutama kandungan silika (SiO2) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi, huskboard dan campuran pada industri bata merah. 3. Sumber energi panas karena kadar selulosanya cukup tinggi sehingga dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil (Balai Penelitian Pasca Panen Pertanian, 2001 : 1). 2.4 Klasifikasi Komposit Pada umumnya bahan penguat pada material komposit dibagi menjadi dua yaitu penguat yang berbentuk serat dan penguat yang berbentuk partikel. Pada gambar 2.2 memperlihatkan skema pengelompokan material komposit dengan menggunakan rancangan berdasarkan jenis bahan penguat material komposit (gambar 2.2 blok A). Bahan penguat yang berbentuk partikel umumnya memiliki ukuran yang hampir sama di segala arah. Penyusunan bahan komposit dengan penguat partikel dapat berbentuk acak ataupun teratur dan karakter ini juga digunakan sebagai bagian dari skema pengelompokan material komposit dengan penguat yang berbentuk partikel (gambar 2.2 blok B). Bahan komposit dengan penguat partikel dengan orientasi acak dapat digambarkan pada gambar 2.1 (a) sebagai berikut :


Gambar 2.1 : Skema penyusunan metode (a) particulate, (b) serat pendek tidak kontinyu, (c) serat acak tidak kontinyu, dan (d) serat panjang yang disusun kontinyu. Sumber : Matthews dan Rawlings, 1994 : 8 Particulate komposit adalah komposit yang menggunakan partikel/butiran sebagai penguat. Komposit dengan penguat serbuk (particulate) mempunyai sifat isotropis, yaitu sifat mekaniknya tidak berubah terhadap arah dan orientasinya. Kekuatan dan modulus elastisitasnya dalam segala arah adalah sama. Partikel yang digunakan pada material komposit bertujuan untuk meningkatkan ketahanan aus/gesek, kekerasan bahan, dan untuk mengurangi biaya produksi. Bahan penguat komposit yang berbentuk serat dapat dikenali dari panjang serat. Perbandingan panjang serat dengan dimensi persilangannya (diameter) disebut sebagai aspek rasio. Komposit dengan penguat serat yang panjang dengan aspek rasio yang tinggi, lebih dari 1000 disebut continous fiber reinforcement composites, mengingat discontinuous fiber dibuat menggunakan serat yang pendek dengan aspek rasio yang rendah (gambar 2.2 blok C). Arah dari discountinous fiber pada pembuatan komposit dapat tersusun secara acak ataupun teratur disebut sebagai undirectional composite dan bila serat penguat yang kontinyu disusun dengan arah serat yang acak maka penguat serat tersebut dapat disebut bidirectional woven (gambar 2.2 blok D). Komposit dengan penguat serat panjang mempunyai sifat anisotropik yaitu sifat mekaniknya berubah terhadap arah atau orientasi. Sedangkan komposit dengan penguat berupa serat pendek mempunyai sifat isotropik.


Composite materialA

Fiber Reinforced composite (Fibrouse composite)

Particle Reinforced composite (Fibrouse composite) Preferred orientationE

B Random orientation C Single layer composite(including composites having

same orientatiom and properties in each layer) Continous fiber reinforced composites

Multilayered (angle-ply composite) Hybrids

Discontinous fiber reinforced composites

Laminates

D

Unidirectional reinforcement

Bidirectional reinforcement Random orientation Preferred orientation (wofen reinforcement)

Gambar 2.2 Klasifikasi material komposit Sumber : Matthews dan Rawlings, 1994 : 7 Multilayered composites adalah golongan lain dari komposit dengan penguat serat, dapat dibedakan menjadi dua yaitu laminates composite dan hybrids composite (gambar 2.2 blok E). Komposit laminat adalah komposit yang dibuat dengan menyusun penguat sejenis secara berlapis-lapis (biasanya undirectional) dalam suatu rangkaian tertentu. Sebuah komposit laminat terdiri dari 4 lapisan atau lebih. Hybrid composites adalah multilayered composites dengan mencampur serat-serat berbeda dalam suatu lapisan-lapisan atau dengan cara menyusun serat-serat tersebut. Keuntungan penggunaan dari polimer komposit sebuk antara lain

(Schwartz,1997 : 42-43): 1. Mudah dibentuk dengan menggunakan beberapa metode (proses) dan dalam keadaan yang diperlukan. 2. Lebih murah dibandingkan dengan bahan penguat pada material. 3. Komposit berpenguat serbuk (partikel) bersifat isotopik sehingga material mempunyai sifat mekanik yang sama pada segala arah. 4. Mempunyai bobot yang relatif ringan. 5. Memberikan efek terhadap sifat mekanik pada material seperti kekerasan, ketahanan mulur, dan kekuatan tekan. 2.5 Matrik Komposit


Matrik

dalam

material

komposit

mempunyai

peran

sebagai

berikut

(Schwartz,1997 : 43) : Sebagai bahan pengikat serat-serat penguat. Pendistribusi beban yang dikenakan pada material komposit kepada serat penguat. Melindungi serat dari kerusakan eksternal seperti pengausan secara mekanik. Secara umum matrik terdiri dari 3 macam (Schwartz,1997 : 44) : 1 2 3 2.6 Polimer Logam Keramik Polimer Matrik Saat ini polimer digunakan secara luas (epoksi, poliester, dll), karena sifat polimer lebih ringan dan tidak korosif dibandingkan dengan metal (logam) serta harga yang relatif murah jika dibanding dengan keramik. Polimer terdiri dari banyak monomer yang saling mengikat dalam ikatan kimia (kovalen) membentuk suatu solid. Polimer matrik komposit secara umum terdiri dari tiga macam yaitu termoplastik (non-cristaline dan crystaline), dan rubber (karet). termoset,

Polymer Thermosets Non-crystaline Thermoplastics Crystaline Rubber

Gambar 2.3 Klasifikasi polimer untuk matrik komposit Sumber : Matthews dan Rawlings, 1994 : 169 Polimer terbuat dari ribuan unit molekul kecil yang disebut monomer. Proses penggabungan molekul-molekul tersebut dinamakan polimerisasi dan jumlah unit dalam molekul besar yang tersusun dinamakan derajat polimerisasi. Nama-nama dari polimer yang tersusun dari awalan poli dan diikuti nama monomernya, misalnya poliester tersusun dari poli dan ester (Saito, 1993 : 171).


Secara umum terdapat dua macam plastik, yaitu : 1. Termoset Termoset adalah salah satu jenis plastik yang sering digunakan dalam pembuatan komposit dengan penguat serat maupun serbuk. Matrik jenis ini memiliki rantai-rantai molekul yang saling berhubungan sehingga walaupun mengalami pemanasan dan penekanan, masing-masing rantai molekul tidak akan saling bergerak relatif. Matrik akan mencair dan kemudian mengeras bersamaan dengan terbentuknya suatu jaringan ikatan rantai monomer sehingga akan bersifat stabil. Beberapa kelebihan penggunaan termoset sebagai matrik adalah (Schwartz, 1997 : 46) : Mengikat filler dengan mudah dan baik Memiliki viskositas yang rendah Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat Kekakuan yang baik Stabilitas dimensi yang baik Ringan Tahan korosi

Macam-macam dari plastik jenis termoset antara lain sebagai berikut : a. Poliester Poliester merupakan resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti resin termoset lainnya, sehingga tidak memerlukan penekanan saat pencetakan (Saito,1993: 256). Gambar 2.4 menunjukkan bahwa ikatan molekul pada matrik poliester yang terbentuk merupakan cross-link polimer sehingga sifatnya menjadi kaku (rigid & stiff).


Chain

(a) Cross-link

(b)

(c)

Gambar 2.4 : Susunan Rantai Polimer (a) cross-link, (b) linier, (c) bercabang Sumber : Matthews dan Rawlings, 1994 : 170

( H2C CH ) n

Gambar 2.5 : Cross link pada resin poliester Sumber : Matthews dan Rawlings, 1994 : 170


Resin poliester dapat diproses dengan beberapa metode, antara lain metode open handy lay-up, metode spray-up khususnya untuk volume material yang kecil, dan metode pengecoran (casting). Proses pendinginan resin ini dapat terjadi pada temperatur ruang tanpa atau dipengaruhi tekanan (Saito. 1993 : 283). Dalam memilih bahan komposit agar dapat memperkuat matrik dari komposit perlu diperhatikan persyaratan sebagai berikut (Saito, 1993 : 281) : 1. Resin yang dipakai perlu memiliki viskositas rendah, dapat sesuai dengan bahan penguat. 2. Mempunyai penyusutan yang kecil saat pencetakan. 3. Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat. 4. Mempunyai sifat yang baik untuk diawetkan. Polister tak jenuh ini adalah salah satu jenis resin yang bersifat polimer termoset, di mana struktur tiga dimensinya terkeraskan karena pemanasan dan tidak mengalir lagi setelah pemanasan terjadi. Resin ini dibuat dengan mereaksikan dihidrik-alkohol dengan asam dikarboksilat. Hasilnya dapat berupa larutan jenuh atau tak jenuh. Hal ini tergantung ada atau tidaknya ikatan rangkap yang ada dalam polimer liniernya. Poliester jenuh (misalnya: polietilen terefalat) banyak digunakan untuk pembuatan serat dan film. Sedangkan poliester tak jenuh biasanya dipakai sebagai resin laminasi atau digabung dengan penguat berupa serat yang dipergunakan sebagai formulasi komposisi komposit. Polimerisasi yang terjadi pada suhu kamar sangat lambat sehingga perlu digunakan katalis untuk mempercepat reaksinya. Setting cepat dapat dilakukan pada curing 140 oC. Hal ini dapat mengakibatkan bahan akan tahan gesek secara mekanis dan tahan kimia dalam keadaan ekstrim. Resin ini tahan air, asam dan basa (basa kuat maupun basa lemah), juga pelarut organik. Stabil terhadap cahaya dan dapat digunakan sampai 95 oC. Poliester tak jenuh (termoset) bentuk fisisnya adalah resin dalam pelarut tak jenuh (misalnya : stiren) dan hardenernya adalah perokside, juga dapat diberi extender/filler serbuk. Waktu simpan lebih dari 3 bulan. Penggunaan utama untuk membuat b. Epoksi Resin ini banyak digunakan untuk aplikasi rekayasa karena memiliki sifat-sifat yang lebih unggul dibandingkan dengan resin lainnya, antara lain kekuatan tarik serta kekuatan tekan yang tinggi, tahan terhadap bahan kimia, sedikit volatiles (Gas-gas komposit fiberglass, juga untuk logam, karet maupun kayu (Hartomo,1980:48).


pengotor), stabilitas ukuran yang baik, ketahanan termal yang tinggi, dan mudah dibentuk tanpa dipanaskan terlebih dahulu c. Fenol Resin fenol adalah jenis termoset pertama yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Memiliki sifat kestabilan dimensi yang baik, rambatan patahan yang lambat, ketahanan kimia yang baik, dan emisi racun yang rendah pada saat terbakar. Material ini banyak digunakan sebagai peralatan elektronik, dan beberapa peralatan otomotif. Tabel 2. 1 Perbandingan sifat-sifat matrik termoset (Matthews dan Rawlings, 1994 : 173) : EPOKSI POLIESTER FENOL Massa jenis (Mg/m3) Modulus Young (GPa) Kekuatan Tarik (Mpa) 2. Termoplastik Resin ini merupakan jenis resin yang memerlukan pemanasan pada proses pembentukannya. Termoplastik digunakan secara luas sebagai bahan dasar penguat pada plastik. Resin ini mempunyai ikatan linear antara monomer-monomer penyusunnya, sehingga kestabilan struktur kimianya relatif rendah. Reaksi kimia pada thermoplastik resin yang bersifat reversibel memungkinkan suatu komponen untuk dibentuk kembali. Sifat-sifat termoplastik adalah densitas antara 1,06 sampai 1,42 kg/m3. Selain itu termoplastik mempunyai sifat isolator yang baik, mempunyai ketahanan sampai temperatur 260 oC, mudah dibentuk, dan tahan terhadap korosi yang sangat baik. Macam-macam dari plastik jenis termoplastik adalah sebagai berikut : a. Polietilen Polietilen dibuat melalui polimerisasi gas etilen. Secara kimia polietilen mempunyai berat molekul yang tinggi dan terbakar bila dinyalakan. Polietilen merupakan polimer yang memiliki sifat listrik yang baik. Sehingga banyak dipakai sebagai bahan isolasi untuk radar, TV dan berbagai alat komunikasi. b. Polipropilen Polipropilen mempunyai massa jenis yang rendah dan termasuk kelompok yang paling ringan di antara bahan polimer. Resin ini memiliki kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekakuannya yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan polietilen. Akan 1,1-1,4 2,1-6,0 35-90 1,1-1,5 1,3-4,5 45-85 1,3 4,4 50-60


tetapi memiliki ketahanan impak yang lebih rendah. Polipropilen memilki penyusutan yang kecil saat proses pencetakan sehingga memiliki kestabilan dimensi yang lebih baik. Plastik polipropilen banyak digunakan dalam produksi peralatan meja, keranjang, peralatan kamar mandi, mainan, dan sebagainya. c. Nilon Nilon mempunyai ketahanan terhadap reaksi kimia dan melting pointnya 260 oC. Merupakan plastik berstruktur kristalin, tangguh dan memiliki sifat listrik yang baik tetapi memiliki kestabilan dimensi yang rendah apabila dibandingkan dengan jenis resin yang lain. Aplikasi nilon banyak sekali digunakan dalam industri peralatan otomotif. d. Polistiren Resin ini memiliki monomer stiren yang dibuat dari benzena dan etilen yang dipolimerisasikan oleh panas, cahaya, dan katalis. Resin ini tidak memilki warna yang khas dan merupakan resin trasparan. Resin ini memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada polietilen dan polipropilen, dan sedikit menyerap air tetapi strukturnya rapuh serta memiliki tahanan panas dan kimia yang rendah. e. Acetals Acetals mempunyai kekakuan yang baik, ketahanan lelah yang memuaskan, mempunyai stabilitas dimensional yang baik, koefisien gesek yang kecil, dan ketahanan temperatur hingga 90 oC. Material ini digunakan sebagai bahan komponen yang memerlukan ketelitian. f. Polysulfones Polysulfones mempunyai penampakan yang transparan. Material ini mempunyai ketangguhan dan ketahanan panas yang baik. Mempunyai ketahanan kekakuan yang baik sampai temperatur 174 oC. Penggunaan dari material ini adalah sebagai komponen elektronik seperti connector, komponen TV, peralatan kedokteran, dan bahan pipa tahan karat. 2.7 Teori Ikatan Penguat terhadap Komposit Matrik Proses laminasi matrik terhadap penguat menunjukkan terjadinya ikatan antar permukaan. Ikatan yang dapat terjadi pada material komposit di antara matrik dan penguatanya antara lain sebagai berikut (Matthews dan Rawlings, 1994 : 61) : 1. Ikatan Mekanik (Mechanical Bonding)


Matrik cair akan menyebar ke seluruh permukaan penguat dan mengisi setiap lekuk dari permukaan penguat yang kasar sehingga terjadi mekanisme saling mengunci (interlocking mekanisme). Semakin kasar permukaan penguat maka semakin kuat ikatan yang akan terbentuk. 2. Ikatan Elektrostatik (Electrostatik Bonding ) Ikatan ini terjadi antara matrik dan penguat ketika salah satu permukaan mempunyai muatan positif dan permukaan yang lain mempunyai muatan negatif. Sehingga akan terjadi tarik menarik antara dua permukaan tersebut. 3. Ikatan Kimia (Chemical Bonding) Dalam ilmu komposit, ikatan kimia adalah ikatan yang terbentuk antara kelompok kimia pada permukaan penguat dan kelompok yang sesuai pada matrik. Sehingga kekuatan ikatannya tergantung pada jumlah ikatan perluasan dan tipe dari ikatan itu. 4. Ikatan Reaksi (Reaction Bonding) Atom atau molekul dari dua komponen dalam komposit dapat bereaksi pada permukaannya sehingga terjadi ikatan reaksi. Ikatan ini akan membentuk lapisan permukaan (interfacial layer) yang mempunyai sifat berbeda dari kedua komponen komposit tersebut. Ikatan ini dapat terjadi karena adanya difusi atom-atom permukaan dari komponen komposit, yang terjadi pada suhu yang tinggi.

2.8

Metode Pembuatan Komposit Polimer Matrik Ada beberapa cara untuk membuat produk komposit, yaitu (Matthews dan

Rawlings, 1994 : 179) : a. Hand Lay-Up Merupakan metode yang paling sederhana untuk memproduksi komposit dengan matrik resin yang diperkuat serat. Cara pembuatan dengan sistem hand lay-up dilakukan lapisan demi lapisan. Setiap lapisan terdiri dari matrik dan serat yang dilapisi dengan lapisan berikutnya hingga didapatkan ketebalan yang diinginkan. Pada pembuatan lapisan, setelah cetakan dilapisi dengan release film, matrik dituang dalam cetakan kemudian serat ditata di atasnya sesuai dengan arah yang ditentukan. Rol penekan digunakan untuk meratakan dan menghilangkan udara yang terperangkap. b. Spraying-Up


Metode ini menggunakan tiga buah penyemprot, masing-masing berisi resin, katalis, dan serat yang terpotong-potong yang secara bersamaan disemprotkan kedalam cetakan. Metode ini digunakan untuk ukuran filler yang kecil. c. Injection Moulding Polimer cair yang sudah tercampur dengan katalisator dan akselerator diinjeksikan kedalam cetakan yang telah disiapkan, biasanya dengan tekanan tinggi, kemudian dibiarkan sampai proses curing selesai sampai material menjadi padat d. Pengecoran (Casting) Metode casting merupakan salah satu metode yang digunakan untuk proses pembuatan pada bahan polimer cair, seperti resin termoset, yaitu fenol, poliester tak jenuh, epoksi, dan poliuretan. Bahan polimer cair dan pengisinya diaduk dalam penampung. Proses ini memerlukan katalis untuk pemadatan materialnya. Pemadatan material dapat terjadi tanpa penekanan. Setelah matrik, pengisi, dan katalis diaduk maka bahan dituang ke dalam cetakan untuk proses curing. 2.9 Proses Terbentuknya Material Komposit Proses terbentuknya komposit dari bahan matrik cair pada resin termoset pada prinsipnya terdiri dari, yaitu : a. Gelling Time Gelling time merupakan waktu yang dibutuhkan matrik komposit untuk menjadi kental atau hampir padat. Gelling time dipengaruhi oleh jumlah katalis dan temperatur prosesnya. Matrik poliester tak jenuh membutuhkan waktu 20 sampai dengan 30 menit untuk menjadi kental pada temperatur ruang. b. Curing Time Curing time merupakan waktu yang dibutuhkan oleh matrik untuk menjadi padat dan kering. Proses ini tergantung dari temperaturnya, dengan pemanasan tertentu curing time dapat dipercepat. 2.10 Katalis Katalis merupakan bahan kimia yang ditambahkan pada matrik resin yang bertujuan untuk proses pembekuan matrik. Katalis yang digunakkan untuk poliester tak jenuh adalah Methyl Ethhyl Ketone Peroxide (MEKP). Bahan ini digunakan untuk penggunaan setting dingin. Kecepatan resin untuk menjadi padat pada proses curing dapat dikontrol dengan pemberian katalis yaitu sebesar 0,5% sampai dengan 3% dari


jumlah fraksi volume matrik. Penambahan katalis yang terlalu sedikit mengakibatkan proses curing tidak sempurna (Saito, 1993 : 257). 2.11 Kekerasan Kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan bahan untuk menahan tusukan atau penetrasi benda yang lebih keras dari luar. Kekerasan merupakan salah satu sifat mekanik yang sangat penting, karena dari kekerasan dapat diperkirakan kekuatan dari material tersebut (Dieter, 1988 : 329) Ada 3 macam metode pengujian kekerasan, yaitu (Dieter, 1988 : 329) : 1. Pengujian dengan penekanan atau indenter, yaitu cara Brinell,Vikers, Mayer, dan Rockwell. 2. Pengujian dengan goresan, yaitu dengan cara Mohs. 3. Pengujian dengan pantulan, yaitu dengan cara Shorescleroscope. Metode yang banyak digunakan untuk mengukur kekerasan bahan yang mempunyai kekerasan rendah dan menengah adalah metode Brinell. Metode Brinell menggunakan sebuah bola baja dengan diameter D sebagai indentor. Bola baja dengan beban P ditekankan pada permukaan bahan yang akan diukur kekerasannya. Beban P pada bola memberikan indentasi pada permukaan bahan yang konstan selama beberapa detik. Kekerasan bahan dapat dihitung dengan menggunakan rumus kekerasan Brinell (Dieter, 1988 : 329) : BHN = keterangan : BHN : Brinell Hardness Number D d P : Diameter indentor (mm) : Diameter jejak (mm) : Beban (kg) pe D D D 2 d 2 2.P

(

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

P


Indentor

Gambar.2.6 Parameter-parameter dasar pada Pengujian Brinell Sumber : Dieter 1988 : 330 2.12 Kekuatan Tarik Komposit Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strengh) suatu material ditentukan oleh kemampuan material menerima beban maksimum tanpa mengalami kerusakan. Kekuatan tarik dapat dirumuskan (Dieter, 1988 : 277) :

=

P A0

....................................................................................................... (2.2)

keterangan : s P A0 : kekuatan tarik (N.mm-2) : Beban (N) : Luas penampang mula-mula benda uji (mm2) Sedangkan untuk perpanjangan atau regangan (strain) dapat dicari dengan rumus (Dieter, 1988 : 277) :

=

L0

=

L L L0 = .................................................................................... (2.3) L0 L0

keterangan : dw L0 L 2.13 : deformasi : panjang awal spesimen (mm) : panjang akhir spesimen (mm) Tegangan-Regangan Bahan Polimer


Bahan polimer tidak sepenuhnya merupakan bahan elastik, tetapi juga mempunyai sifat kental atau memiliki faktor viskositas sehingga disebut juga bahan viskoelastik. Kurva hubungan tegangan dan regangan pada material polimer komposit ditunjukkan pada gambar 2.5 sebagai berikut :

Gambar 2.7 Tegangan dan regangan bahan polimer Sumber : Billmeyer, 1984 : 246 Dari kurva hubungan tegangan regangan material polimer diatas dapat diterangkan sebagai berikut : 1. Polimer mempunyai batas elastis sebagaimana material-material lainnya. Besar kecilnya daerah batas elastisitas pada material polimer sangat tergantung pada perubahan temperatur, lama pembebaanan, dan besar gaya yang diberikan saat pembebanan. Pada umumnya material polimer mempunyai batas daerah elastis yang lebih kecil dibanding material logam. 2. Polimer tidak mempunyai batas daerah proporsional yang pasti, hal ini disebabkan oleh pertambahan tegangan pada material polimer pada suatu batas daerah tertentu tidak selalu sebanding dengan pertambahan regangan. 3. Polimer tidak mempunyai titik luluh yang pasti untuk diketahui. Pendekatan yang dapat dilakukan adalah dengan cara menarik garis lurus sejajar dengan


garis kurva tegangan regangan yang digunakan sebagai acuan dengan jarak 0,2% dari panjang kurva secara horisontal. 4. Tegangan maksimum pada kurva hubungan tegangan material polimer adalah angka tegangan tertinggi yang dapat dicapai material polimer sebelum atau ketika material tersebut mengalami patah. 5. Titik patah adalah titik dimana suatu material polimer mengalami patah.

Gambar 2.8 : Kurva Tegangan-Regangan material polimer Sumber : Billmeyer, 1984 : 247 Karaktristik dari kurva tegangan-regangan terhadap sifat mekanik bahan polimer ditunjukkan dalam tabel 2.2, sebagai berikut : Tabel 2.2 Karakteristik kurva tegangan regangan bahan polimer (Billmeyer, 1984 : 247 ) : Karakteristik kurva Tegangan - Regangan Tegangan Tegangan Regangan Modulus Yield Maksimum saat patah Rendah Rendah Rendah Sedang Rendah Rendah Tegangan Yield Tinggi Tinggi Tidak Ada Sedang Rendah Tinggi Tinggi Tinggi Sedang Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi

Sifat Bahan Polimer Lunak dan Lemah Lunak dan Ulet Keras dan Rapuh Keras dan Kuat Keras dan Ulet


2.14

Debonding Pada patahan spesimen komposit dapat dijumpai bentuk patahan yang kasar

apabila diraba oleh tangan. Permukaan kasar pada patahan komposit ini dikenal dengan debonding. Debonding adalah pelepasan filler dari matrik karena matrik tidak dapat mengikat filler dengan baik ( Matthews dan Rawlings, 1994 : 349). 2.15 Hipotesis Matrik poliester tak jenuh memiliki kemampuan mengikat filler yang baik dan mempunyai kekuatan yang relatif lebih tinggi daripada filler sekam padi. Adanya kandungan silika pada sekam padi dengan derajat kekerasan diduga berpengaruh terhadap kekerasan dan kekuatan tarik komposit yang terbentuk.


BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah penelitian eksperimental sejati (true experimental research). Untuk menambah informasi yang diperlukan yaitu dengan memperoleh data-data dan kajian literatur dari berbagai sumber baik dari buku, jurnal yang ada di perpustakaan, dan dari internet. 3.2 Variabel Penelitian Variabel bebas adalah variabel yang besarnya dapat ditentukan, diatur, dan diamati tetapi tidak dapat dikendalikan. Variabel bebas yang digunakan adalah prosentase serbuk sekam padi (rice husk flour) dalam material komposit poliester (%), yaitu : 0%, 10%, 20%, 30%, dan 40%. b. Variabel Terikat Variabel terikat adalah variabel yang besarnya bergantung dari variabel bebas. Yaitu : Kekerasan (BHN) dan kekuatan tarik (N.mm-2) 3.3 Bahan dan Alat yang Digunakan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Resin Poliester tak jenuh seri 157 BQTN-EX. b. Serbuk sekam padi ( Rice husk flour). c. Katalis yang digunakan adalah MEKP (Methyl Ethyl Ketone peroxide), berfungsi sebagai pengeras resin (hardener) pada proses pengeringan. e. Lem kaca untuk merekatkan antar kaca sebagai cetakan. d. Lem epoksi untuk merekatkan tab pada spesimen uji tarik. 3.3.2 Alat-alat yang Digunakan Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah : a. Mesin Uji kekerasan b. Proyektor profil c. Mesin uji tarik

a. Variabel Bebas

3.3.1 Bahan Penelitian


d. Cetakan spesimen (dirancang sendiri dari kaca) e. Timbangan digital f. Gelas ukur g. Pipet h. Gergaji i. j. Jangka sorong Mesin ayak rotab

k. Kikir l. Kertas gosok.

m. Plat aluminium untuk tab pada spesimen uji tarik. n. Kamera digital Gambar dari peralatan yang digunakan dicamtumkan dalam lampiran 1. 3.4 1. Tempat dan waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Pebruari 2006. Tempat penelitian ini adalah : Laboratorium pengecoran, dan laboratorium pengujian bahan Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya. 2. 3.5 Laboratorium pengujian bahan Jurusan Mesin Politeknik Negeri Malang. Prosedur Pembuatan Spesimen Diagram proses dasar dalam pembuatan material komposit disajikan pada gambar berikut ini: Persiapan Filler Blending Persiapan Matrik Gambar 3.1. Pembuatan Material Komposit Casting Pengujian

Langkah-langkah pembuatan spesimen bahan komposit pada penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Pesiapan filler ditujukan untuk mendapatkan serbuk sekam padi dengan ukuran yang seragam. Makin halus serbuk semakin besar kontak permukaan antara filler


dengan matriknya, sehingga produk menjadi lebih homogen. Serbuk sekam padi dikeringkan pada suhu 80 oC selama 60 menit, dengan pengadukan yang merata. Pengeringan ini bertujuan untuk mengurangi kandungan air di dalam serbuk sekam padi. Setelah itu serbuk diayak dengan mesin ayak rotab dengan ukuran 250 m untuk mendapatkan ukuran butir yang sevarian. Sebagian hasil pengayakan digunakan untuk menghitung massa jenis sekam padi. b. Persiapan matrik yaitu dengan menyiapkan matrik dalam wadah tertutup. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya kontak langsung dengan udara dan air. Matrik dijaga agar tidak terkontaminasi dengan zat-zat lain yang dapat merusak prosedur penelitian ini. Matrik diletakkan pada suhu 27oC (kondisi suhu kamar). c. Penimbangan serbuk sekam padi dan pengukuran volume resin poliester sesuai dengan perbandingan fraksi volume yang akan dibuat. Perbandingan antara matrik poliester dan filler seperti pada tabel 3.1 sebagai berikut : Tabel.3.1 Komposisi filler dan matrik berdasarkan fraksi volume spesimen uji kekerasan dan kekuatan tarik. Bahan Fraksi Volume filler 0% 10% 20% 30% 40% Matrik (ml) 7,50 6,75 6,00 5,25 4,50 Filler (gr) 0 0,533 1,065 1,598 2,130 3 r = 0,71 gr/cm

Contoh perhitungan untuk fraksi volume filler 10 % : Matrik = volume spesimen x % volume matrik = 7,50 cm3 x 0,9 = 6,75 cm3 = 6,75 ml Filler = volume spesimen x % volume filler x r filler = 7,50 cm3 x 0,1 x 0,71 gr/cm3 = 0,533 gr d. Pemberian pelicin (wax) pada cetakan untuk memudahkan pengambilan benda kerja. e. Pencampuran serbuk sekam padi dan resin poliester, kemudian diaduk. f. Pemberian katalis Methyl Ethyl Ketone peroxide (MEKP) sebesar 1% dari volume resin yang digunakan, dan diaduk kembali selama 30 detik. g. Penuangan pada cetakan, kemudian cetakan ditutup dan diberi pembebanan. h. Setelah 4 jam spesimen diambil dari cetakan


i.

Pengukuran dimensi spesimen, kemudian spesimen diamplas untuk mendapatkan permukaan yang sevarian.

j. 3.6

Untuk spesimen uji tarik, tab aluminium direkatkan menggunakan lem epoksi. Metode Pengujian Spesimen uji kekerasan yang digunakan dengan ukuran 2mm x 15mm x 250mm

3.6.1 Pengujian Kekerasan pada masing-masing komposisi, dengan pengulangan sebanyak 5 kali. Gambar spesimen uji kekerasan dan titik pengambilan datanya ditunjukkan dalam gambar 3.2 sebagai berikut :

250

10

57

58

58

57

10

15

2

Gambar 3.2 Spesimen uji kekerasan

Langkah-langkah pengujian kekerasan : 1. Permukaan spesimen dibersihkan dan dihaluskan dengan kertas gosok. 2. Memberikan tanda pada titik yang akan diuji kekerasan pada permukaan spesimen. 3. Memasang spesimen pada mesin uji kekerasan dengan permukaan yang tegak lurus terhadap indentor. 4. Melakukan pengujian dengan beban 62,5 kg dalam waktu 30 detik kemudian beban diangkat. 5. Mengukur diameter bekas tusukan dengan proyektor profil. 3.6.2 Pengujian Kekuatan Tarik Komposit Spesimen uji kekuatan tarik (gambar 3.3) dibuat dengan bentuk lembaran plat (sheet) komposit sesuai dengan ASTM D 3039/3039M. Kemudian dilakukan pengujian material sebanyak 5 kali ulangan untuk masing-masing komposisi pada mesin uji tarik. Tabel 3.2 Dimensi spesimen pengujian tarik


Fiber Orientation

Width (mm)

Overal Length (mm) 250 3

Thickne ss (mm) 1.0 1

Tab Length (mm) 58 3

Tab Thickne ss (mm) 1.5 1

Tab Bevel Angel ( o) 90

00 15 3 unidirectional

Width

Length Spesimen Tab Tab Thickness

Thickness

Gambar 3.3 : Spesimen uji kekuatan tarik Sumber : ASTM D 3039/D 3039M, Standard Test Method for Tensile Properties of Polimer Matrix Composite Material 3.7 Interval Penduga Interval penduga rata-rata dihitung dengan rumusan sebagai berikut : Data rata-rata

x=

_

x ............................................................................................(3.1)n

Standar deviasi (s)=

(x x)n 1

_

2

..............................................................................(3.2)

Standar deviasi rata-rata ( )

=

_

n

.(3.3)

Interval penduga


S K R I P S I Rudi Sulistia H 0110620123

Documents