KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT PARTIKEL …1].pdf · Selanjutnya dilakukan uji tarik....
Transcript of KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT PARTIKEL …1].pdf · Selanjutnya dilakukan uji tarik....
i
KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU JATI
BERMATRIK EPOXY
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh : YOHANES ISWANTORO
NIM : 035214053
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA 2008
ii
THE WEAR AND IMPACT STRENGTH OF COMPOSITE MATERIAL OF COCONUT WOOD
CHARCOAL WITH EPOXY MATRIX
A FINAL PROJECT
Submitted For The Partial Fulfillment Of The Requirements For The Degree Of Mechanical Engineering Of
Mechanical Engineering Program Study
By :
YOHANES ISWANTORO
NIM : 035214053
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2008
iii
TUGAS AKHIR
KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU JATI
BERMATRIK EPOXY
Disusun oleh :
YOHANES ISWANTORO NIM : 035214053
Telah disetujui oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
v
Halaman Persembahan
Karya Tulis Ini Dipesembahkan Untuk
Maria Soejati
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Yohanes Iswantoro
Nomor Mahasiswa : 035214053
Demi mengembangkan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU JATI BERMATRIK EPOXY beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan
kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,
mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan
data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau
media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya
maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal: 31 Oktober 2008
Yang menyatakan
( Yohanes Iswantoro)
vii
Pernyataan Keaslian Karya
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya
tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah
disebutkan di dalam daftar pustaka yang sebagaimana layaknya sebuah karya
ilmiah.
Yogyakarta, 31 Oktober 2008
Penulis
Yohanes Iswantoro
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
terselesaikannya karya tulis ini. Dalam Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat
bantuan, sehingga laporan ini dapat selesai tepat pada waktunya. Oleh karena itu
penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua
pihak atas doa dan bantuan yang terus diberikan hingga Tugas Akhir dapat
diselesaikan.
Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan banyak terima kasih
kepada :
1. Romo Dr. Ir.P.Wiryono P.,S.J, Rektor Universitas Sanata Dharma.
2. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J, S.S, B.S.T., M.A., M.Sc., Dekan Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., Wakil Dekan I Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
4. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin dan Ketua
Program Studi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Drama.
5. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T, M.T., Dosen Pembimbing I Tugas Akhir.
6. Bapak Kuncoro Diharjo S.T., M.T., Dosen Pembimbing II Tugas Akhir.
7. Bapak Martono Dwiyaning Nugroho, Laboran Laboratorium Ilmu Logam
Universitas Sanata Dharma.
8. Bapak Ignatius Tri Widaryanto, Staff Sekretariat Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
ix
9. Teman-teman bermain gendulan, engklek dan gobak sodor : Agung
Kurnianto, Heri Doso Santoso, Wahyu Pitono, Dwi Sunu, Hardi
Prastyanto, Antonius Sulis Styawan, Theodorus, Agus Tito, Warsono,
Dedi Wibowo.
10. Teman Kost : Sugiarto, Dadariadi, Madiono, Bayu Nugroho, Andre, Novi
Andri, Jarwinto dan semua yang telah membantu.
11. Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Sepi Agus Mindarto, Thomas Heri
Purwaka, Borgias Yopie Pietrer, Ivan Antonio, Rino Purbono atas
kerjasamanya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
12. Teman-temanku : Aan Arianto, Kharisma Pribadi, Indrawan Taufik,
Hendri Purwanto, Ari Suryanto, Pamor Surono, teman-teman angkatan
2003 dan semua teman yang telah turut memberikan dukungan selama
penyusunan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini baru permulaan dan masih perlu banyak pembenahan.
Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak diterima
penulis dengan senang hati. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi
para pembacanya.
Yogyakarta, 31 Oktober 2008
Penulis
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iii
HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... 1v
HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ v
KATA PENGANTAR ........................................................................................ vi
DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv
INTISARI ........................................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ..................................................................... 5
1.3 Kegunaan Penelitian ................................................................ 5
1.4 Batasan Masalah ...................................................................... 6
BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 7
2.1 Pengertian Komposit ............................................................... 7
2.2 Klasifikasi Komposit ............................................................... 9
2.3 Komponen Bahan Komposit ................................................... 12
xi
2.3.1 Matrik ........................................................................... 12
2.3.2 Penguat (filler) ............................................................. 13
2.3.3 Bahan-bahan Tambahan ................................................ 14
2.4 Volume Penguat ....................................................................... 15
2.5 Pengujian Komposit....................................................................16
2.5.1 Pengujian Tarik................................................................16
2.5.2 Pengujian Impak ............................................................ 17
2.5.3 Foto Makro ..................................................................... 19
2.6 Bentuk-bentuk Patahan ............................................................ 19
2.7 Tinjauan Pustaka ..................................................................... 19
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 29
3.1 Skema Penelitian ..................................................................... 29
3.2 Penyiapan Benda Uji ............................................................... 30
3.2.1 Bahan Komposit ........................................................... 30
1 Partikel ...................................................................... 30
2 Resin ......................................................................... 31
3 Bahan Tambahan ...................................................... 32
3.2.2 Alat Bantu .................................................................... 32
3.2.3 Cetakan dan Press ........................................................ 33
3.3 Pembuatan Benda Uji .............................................................. 34
3.3.1 Menentukan Komposisi Jumlah Serat ......................... 34
3.4 Prosedur Pengujan ................................................................... 38
3.4.1 Metode Pengujian Tarik ............................................... 38
xii
3.4.2 Benda Uji Untuk Pengujian Tarik................................38
3.4.3 Metode Pengujian Impak .............................................. 40
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................................... 42
4.1 Hasil Pengujian Tarik .............................................................. 42
4.2 Hasil Pengujian Impak ............................................................ 50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 55
5.1 Kesimpulan .............................................................................. 55
5.2 Saran............................ ........................................................... 56
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 57
xiii
DAFTAR GAMBAR
1.1 Gambar Jati Gelondongan Hasil Hutan ..................................................... 4
1.2 Gambar Pemanfaatan Limbah Yang Belum Optimal ................................ 6
2.1 Prinsip Pengujian Impak ............................................................................ 17
3.1 Skema Jalannyar Penilitian ........................................................................ 29
3.2 Serbuk Dengan Suhu Pengarangan 200°C ................................................. 31
3.3 Serbuk Dengan Suhu Pengarangan 300°C ................................................. 31
3.4 Resin Dan Hardener ................................................................................... 32
3.5 Bentuk Cetakan Yang Digunakan .............................................................. 33
3.6 Al;at Pengepres Cetakan ............................................................................ 34
3.7 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik ............................................................... 38
3.8 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit .......................................................... 39
3.9 BendaUji Tarik ........................................................................................... 39
3.10 Mesin Uji Tarik .......................................................................................... 40
3.11 Saat Pengujian Tarik .................................................................................. 40
3.12 Dimensi Benda Uji Impak ......................................................................... 41
3.13 Alat Uji Impak ........................................................................................... 41
4.1 Grafik Kekuatan Tarik Pertama .................................................................... 41
4.2 Grafik Regangan Pertama ............................................................................ 45
4.3 Grafik Modulus Plastis Pertama ................................................................... 45
4.4 Bentuk Patahan Pengujian Pertama ............................................................. 46
4.5 Grafik Kekuatan Tarik Kedua ...................................................................... 48
xiv
4.6 Grafik Regangan Kedua .............................................................................. 49
4.7 Grafik Modulus Plastis Kedua ...................................................................... 49
4.8 Bentuk Patahan Pengujian Kedua ................................................................ 50
4.9 Grafik Tenaga Patah .................................................................................... 52
4.10 Grafik Keuletan ........................................................................................... 52
4.11 Bentuk Patahan Pengujian Impak .............................................................. 54
xv
DAFTAR TABEL
3.1 Komposisis komposit percobaan pertama .................................................. 35
3.2 Komposisis komposit percobaan kedua ..................................................... 36
3.3 Komposisi komposit pengujian impak ....................................................... 36
4.1 Data hasil uji tarik pertama ........................................................................ 43
4.2 Hasil perhitungan uji tarik percobaan kedua.............................................. 47
4.3 Hasil perhitungan pengujian impak ........................................................... 51
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN ........................................................................................................ 59
1 Data Hasil Pengujian Karbon .................................................... 60
2 Data Hasil Perhitungan Uji Tarik Pertama ............................... 61
3 Data Hasil Perhitungan Uji Tarik Kedua .................................. 62
4 Data Hasil Perhitungan Uji Impak ............................................ 63
5 Grafik Hasil Pengujian Tarik .................................................... 64
xvii
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dan kekuatan impak komposit partikel dengan menggunakan filler arang serbuk kayu jati bermatrik Epoxy. Serbuk gergaji kayu jati dilakukan pengarangan dalam oven pada suhu 200ºC, 300ºC, 400ºC dan 500ºC, selama 2 jam. Dari bentuk visual dan mengacu pada hasil pengujian kadar karbon pada arang serbuk gergaji kayu glugu, maka partikel yang digunakan sebagai filler komposit adalah arang serbuk kayu jati pengarangan 200ºC dengan variasi penambahan arang serbuk gergaji pengarangan 300ºC. Variasi penambahan arang serbuk gergaji kayu jati pengarangan 300ºC dimulai dari 0%, 40%, 50%, 60% dan 100% (w/w) dengan kandungan filler sebesar 45% (ν/ν). Komposit dibuat dengan metode cetak tekan. Selanjutnya dilakukan uji tarik. Komposit yang memberikan kekuatan tarik tertinggi dibuat komposit dengan menggunakan variasi kandungan filler 27%, 36%, 45%, 54% (ν/ν.). Komposit selanjutnya dilakukan uji tarik dan uji impak. Uji tarik mengunakan mesin uji tarik Gotech. Geometri benda uji tarik mengacu pada ASTM D 638-1. Pengujian impak dilakukan dengan menggunakan uji impak Charpy. Geometri uji impak mengacu pada standar ASTM A370. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, pada variasi komposisi jenis arang kekuatan tarik tertinggi sebesar 20,9 MPa, terjadi pada komposisi filler 60% arang serbuk kayu jati pengarangan 200ºC (40% arang 300ºC). Pada variasi kandungan filler kekuatan tarik tertinggi sebesar 22,79 MPa pada fraksi volume filler 36%. Kekuatan tarik mengalami peningkatan sebesar 10%. Keuletan tertinggi dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume filler 36% sebesar 0.0031 joule/mm².
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada saat sekarang ini banyak sekali masalah-masalah yang timbul
karena adanya polusi, baik polusi udara, polusi suara maupun polusi air dan
tanah, yang semuanya itu tak lepas dari perkembangan kegiatan manusia itu
sendiri. Salah satu hal yang menjadi penyebab pencemaran ini adalah asbes.
Sekarang ini masih banyak ditemukan produk-produk yang masih
menggunakan asbes, seperti pada produk bahan bangunan yang biasa terdapat
pada plafon, atap rumah dan juga pada produk otomotif yang terdapat pada
kampas kopling dan kampas rem. Karena asbes sangat berbahaya maka
dicarikan alternatif lain untuk menggantikannya. Alternatif itu antara lain
adalah dengan mengganti dengan bahan yang lebih bersifat lebih alami dan
tidak merusak lingkungan, salah satunya adalah dengan mengganti dengan
komposit berbahan dasar limbah produk alami seperti serbuk gergaji kayu.
Asbestos adalah mineral silikat yang dihasilkan dari pertambangan /
bahan alam. Asbes awalnya disebut juga sebagai magic mineral karena
sifatnya yang tahan panas, baik sebagai insulasi elektrik, tahan terhadap
berbagai bahan kimia dan oli. Keuntungannya bahan ini ekonomis dan juga
murah, seperti yang kita ketahui asbestos dalam dunia otomotif sering kita
temui sebagai bahan utama dalam pembuatan kampas rem, kampas kopling
dan gasket. Tetapi kita harus berhati-hati dalam pemakaian asbestos tersebut,
2
karena dari data yang diperoleh dari PMI asbes phamplet disebutkan bahwa
asbestos berpengaruh negatif terhadap kesehatan diantaranya menyebabkan
beberapa macam penyakit antaralain adalah :
1. Asbestosis terjadi pada saat serat asbes terhirup dan terperangkap dalam
jaringan paru-paru. Dengan mekanisme pertahanan tubuh, tubuh akan
memproduksi sejenis asam untuk melarutkan serat asbes tersebut. Karena
sifat asbes yang tahan terhadap bahan kimia sehingga serat asbes tersebut
hanya terlarut sebagian dan membuat jaringan disekitar luka. Luka inilah yang
membuat paru-paru tidak berfungsi dengan baik.
2. Mesothelioma adalah kanker yang terjadi di lapisan luar paru-paru atau pada
lapisan luar dinding perut. Penyakit ini banyak terjadi pada pegawai industri
yang banyak menggunakan bahan baku asbes, juga pada masyarakat disekitar
pabrik, orang-orang yang sering bekerja di jalan seperti polisi dan petugas
jalan tol, dll.
3. Kanker paru-paru: penyakit ini lebih banyak muncul jika seseorang terus
menerus bekerja dalam lingkungan yang terkontaminasi asbes. Para perokok
cenderung lebih beresiko dibandingkan bukan perokok bila menghirup debu
asbes.
Melihat dampak yang begitu besar bagi kesehatan, maka dunia internasional
merespon dengan mengeluarkan Rotterdam Convention pada September 2004
yang intinya mengatur mengenai perdagangan internasional pestisida beracun dan
Bahan Kimia Berbahaya (BKB, dimana negara yang mengeksport BKB harus
mendapatkan rekomendasi (Prior Informed Concent) dari negara pengimpor
3
sebelum barang tersebut diberangkatkan kenegara yang bersangkutan.
Di Indonesia juga diberlakukan peraturan menganai pemakaian asbes,
peraturan-pereaturan itu diantaranya adalah sbb:
1. PP No. 18/1999 bahwa asbes dikategorikan sebagai B3 (Bahan Berbahaya
Beracun).
2. PP No. 74/2001 bahwa penggunaan asbestos harus dikontrol.
3. Keppres No. 22/1993 bahwa asbestosis, kanker paru dan mesothelioma
dikategorikan sebagai Penyakit Akibat Hubungan Kerja.
4. Permenaker No. 03/1985 yang mengatur syarat K3 dalam penggunaan asbes.
Di Indonesia terdapat banyak sekali limbah industri seperti serbuk kayu
yang belum dimanfaatkan secara optimal karena selama ini warga lebih suka
membakarnya dari pada digunakan untuk yang lainnya. Pada penelitian ini
diambil kayu jati karena selain jumlahnya melimpah kayu jati juga terkenal
dengan kekuatannya, diharapkan komposit dengan bahan dasar limbah serbuk
kayu jati akan mempunyai kekuatan yang tinggi juga.
Menurut Kesatuan Pemangkuan Hutan (KPH) di Jawa Tengah, produksi
kayu jati pada tahun 2005 mencapai 159,185 m³. Menurut Purwanto dkk, (1994)
menyatakan komposisi limbah pada kegiatan pemanenan dan industri pengolahan
kayu adalah sebagai berikut :
1. Pada pemanenan kayu, limbah umumnya berbentuk kayu bulat, mencapai
66,16%.
2. Pada industri penggergajian limbah kayu meliputi serbuk gergaji 10,6%,
Sebetan 25,9% dan potongan 14,3%, dengan total limbah sebesar 50,8%.
4
3. Limbah pada industri kayu lapis meliputi limbah potongan 5,6%, serbuk
gergaji 0,7%, sampah vinir basah 24,8%, sampah vinir kering 12,6% sisa
kupasan 11,0% dan potongan tepi kayu lapis 6,3%. Total limbah kayu lapis
ini sebesar 61,0% dari jumlah bahan baku yang digunakan. Dari
keterangan diatas mengatakan bahwa total limbah mencapai 50,8% dengan
limbah berupa serbuk mencapai 10,6%, jika kita hitung apabila produk
kayu yang dihasilkan mencapai 159,185 m³, maka limbah yang berupa
serbuk mencapai 40,767 m³. Angka itu baru dari KPH, jika ditambahkan
dengan produsen kayu jati swasta bisa diperkirakan mencapai 3 kalinya.
Gambar 1.1. Jati Gelondongan Hasil Hutan
Berdasarkan data yang diperoleh dari KPH, maka perlu dilakukan
penelitian terhadap pemanfaatan limbah serbuk kayu jati ini karena sangat
disayangkan jika tidak dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin. Pada
penelitian ini akan dibuat komposit papan partikel dari serbuk kayu jati,
dikarenakan papan partikel akan sangat luas dalam penggunaan dan untuk
pengembangan penelitian selanjutnya. Untuk mengetahui hasil dari penelitian ini
5
maka dilakukan beberapa jenis pengujian yaitu pengujian tarik dan pengujian
impak, dengan pengujian tersebut maka dapat diketahui sifat mekanik dari
komposit tersebut. Jika sifat mekanik sudah dapat diketahui maka dapat
mempermudah dalam pengaplikasian dan pengembangan penelitian ini. Papan
partikel penggunaannya sangat luas seperti pada interior rumah maupun perabot
rumah tangga maupun pada otomotif.
Gambar.1.2. Pemanfaatan Limbah Yang Belum Optimal
1.2 Tujuan Penelitian
Ada beberapa tujuan penting yang ingin dicapai antara lain, sbb :
1. Untuk mengetahui kekuatan tarik dan kekuatan impak komposit partikel dari
arang kayu jati.
2. Mengetahui pengaruh suhu pengarangan terhadap kekuatan komposit partikel.
3. Mengetahui stuktur makro pada bentuk patahan pada pengujian yang
dilakukan.
6
1.3 Kegunaan Penelitian
Kegunaan penelitian ini antara lain adalah :
1. Bagi peneliti, selain sebagai tugas akhir untuk memperoleh gelar S1 penelitian
ini juga dapat sebagai acuan untuk dapat membandingkan material yang
mengandung bahan asbes dan non asbes.
2. Bagi pihak lain, penelitian ini dapat digunakan sebagai tambahan pengetahuan
dan sebagai informasi yang memadai.
1.4 Batasan Masalah
Karena ada banyak hal yang dapat mempengaruhi karakteristik dari
komposit maka penulis memberikan batasan-batasan masalah sebagai berikut:
1. Pengujian yang dilakukan terhadap komposit ini adalah uji tarik dan uji
impak
2. Suhu pengarangan dimulai dari 200ºC, 300ºC, 400ºC dan 500ºC.
3. Lama pengarangan 2 jam dengan asumsi panas merata pada serbuk gergaji
dalam kaleng dan dengan waktu pemanasan sebelum cetak 50ºC selama 20
menit.
4. Matrik yang digunakan adalah Epoxy dengan merk dagang ALF.
5. Serat komposit berbentuk partikel acak dari serbuk gergaji kayu jati.
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Pengertian Komposit
Definisi komposit adalah gabungan dua macam bahan atau lebih dengan
fase yang berbeda (Van Vlack, 1991 : 591). Fase pertama disebut dengan matrik
yang memiliki fungsi sebagai pengikat dan fase yang kedua disebut dengan
reinforcement yang memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara
keseluruhan. Unsur utama penyusun komposit adalah serat yang merupakan
penentu karakteristik komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat
mekanis yang lain. Serat berfungsi untuk menahan sebagian besar gaya-gaya yang
bekerja pada komposit dan matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat
agar dapat bekerja dengan baik. Karena karakteristik pembentuknya berbeda,
maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat
mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya (Kilduff,
1994 : 483).
Banyaknya serat dan ukurannya menentukan kemampuan komposit
dalam menahan gaya-gaya yang bekerja. Selain bahan serat komposit juga tidak
terlepas dari bahan matrik. Hal ini terjadi karena sekumpulan serat tanpa matrik
tidak dapat menahan gaya yang bekerja pada komposit itu dan tanpa matrik maka
kita tidak akan menyebutnya komposit. Matrik juga berguna untuk meneruskan
gaya dari satu serat keserat lainnya dengan menggunakan mekanisme tegangan
geser.
8
Banyak sekali kelebihan dan keunggulan yang diperoleh dari komposit.
Keunggulan komposit diantaranya (Surdia, 2006 : 173) :
1. Rapat massanya rendah (ringan).
2. Daya hantar panas dan listrik dapat diatur.
3. Daya redam bunyi yang baik.
4. Sifat produk dapat diatur sesuai terapannya.
5. Bahan komposit dapat memberi penampilan (appearance) dan kehalusan
permukaan lebih baik.
6. Sifat-sifat fatik (fatigue) umumnya lebih baik dari logam biasa dan
ketangguhannya (toughness) baik.
7. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, dapat memberi
kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi logam biasa.
8. Dapat terhindar dari korosi, hal ini sangat menguntungkan pada pemakaian
sebagai elemen-elemen tertentu.
Disamping keunggulannya, bahan-bahan komposit memiliki kelemahan antara
lain:
1. Harga bahan komposit relatif mahal (khususnya untuk serat sintetis).
2. Proses pembuatan dan pembentukan komposit relatif lama.
3. Sifat-sifatnya anisotoprik yaitu sifat-sifat bahan berbeda antara satu lokasi
dengan lokasi lainnya, tergantung pada arah pembebanan yang dilakukan.
4. Banyak bahan komposit, umumnya bahan komposit polimer yang tidak aman
terhadap serangan zat-zat kimia atau larutan tertentu.
9
2.2 Klasifikasi Komposit
Menurut Schwartz (1997) fase matrik komposit dapat diklasifikasikan
menjadi beberapa macam yaitu :
1. Komposit matrik logam (Metal Matrix Composite, MMC): yang merupakan
campuran logam dan keramik seperti karbida wolfram (Wolfram Carbide).
2. Komposit matrik keramik (Ceramic Matrix Composite, CMC): Oksida
alumunium, karbida silikon dan fiber dapat digunakan sebagai reinforcing
agents untuk meningkatkan sifat- sifatnya, khususnya untuk pemakain pada
suhu tinggi.
3. Komposit matrik polimer (Polymer Matrix Composite, PMC): Matriknya
dapat berupa resin thermosetting epoxy dan polyesther dengan reinforcing
agents berupa fiber. Misalnya: Phenolik dipadukan dengan serbuk kayu,
Thermoplastik dipadukan dengan serbuk dan bahan elastomer atau grafit,
dsb.
Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis (Kilduff, 1994) :
1. Fibrous composites
Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat berupa
serat organik atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih
besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat
yang digunakan dapat berupa polymer, logam maupun keramik.
Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen penguat
harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada matriknya
10
selain itu juga harus ada ikatan permukaan antara komponen penguat dan
matriks (Van Vlack, 1985)
2. Laminated composites
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun berlapis-lapis.
Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang baru seperti
kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat termal juga untuk penampilan
yang lebih atraktif.
3. Particulated composites
Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada dalam matriks.
Material partikel bisa dibuat dari satu jenis ataupun lebih dari satu jenis
material dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan metal atau dari
bahan non-metal. Komposit Partikel merupakan suatu bahan yang terbentuk
dari partikel-partikel yang tersebar di dalam matriks pengikat. Komposit
Partikel dapat dibuat dari partikel dan matriks logam maupun non logam atau
kombinasi dan keduanya.
Dalam pembuatan komposit partikel ada beberapa kemungkinan
kombinasi yang dapat dilakukan yaitu :
1. Nonmetallic in nonmetallic composites
Pada jenis ini partikel dan matrik yang digunakan berasal dari bahan bukan
logam. Contohnya adalah beton, bahan ini disusun oleh pasir dan kerikil
yang dicampur dengan semen dan air yang kemudian bereaksi secara
kimia dan kemudian mengeras setelah kering.
11
2 . Metallic in nonmetallic composites
Komposit ini disusun oleh partikel logam yang berada dalam matriks
nonlogam. Contoh dari bahan ini adalah : serbuk logam yang dimasukkan
dalam resin termoset, komposit ini sangat kuat dan keras selain itu juga
mempunyai kemampuan menahan panas yang baik, karena itu bahan ini
banyak digunakan dalam bidang elektrik.
3. Metallic in metallic composites
Untuk jenis komposit ini masih sangat jarang digunakan dan biasanya
merupakan paduan yang nantinya diharapkan akan mempunyai
keunggulan-keunggulan tertentu..
4. Nonmetallic in metallic composites
Partikel non logam seperti keramik dapat dimasukan kedalam matriks
logam. Dari paduan dua bahan tersebut menghasilkan bahan yang disebut
cermet. Cermet biasa digunakan sebagai alat potong yang tahan terhadap
temperatur tinggi.
2.3 Komponen Bahan Komposit
Berdasar jenisnya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit
dibedakan menjadi:
1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya serat
kelapa, serat nanas, serat rami, serat pandan alas, serat kapas, dll.
2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik (seperti:
serat gelas, serat karbon, dll).
12
2.3.1 Matrik
Matrik merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang
bermacam-macam. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan yang lunak dan liat.
Polimer plastik merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Polimer adalah
bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi. Poliester, vinillester dan
epoksi adalah beberapa jenis bahan polimer termoset yaitu mempunyai sifat dapat
memadat bila dipanaskan pada tekanan tertentu dan tidak dapat dilelehkan
kembali. Resin polyester tak jenuh adalah bahan matrik thermosetting yang paling
luas dalam penggunaan sebagai matrik pengikat plastik, dari bagian yang
menggunakan proses pengerjaan yang sangat sederhana sampai produk yang
dikerjakan dengan proses menggunakan cetakan mesin (Kilduff, 1994 : 439).
Epoxy adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan
hardener, bila dicampur dengan perbandingan yang tepat akan menghasilkan
massa yang padat dan dapat melekat dengan baik pada logam, kulit, kayu maupun
beton. Karakteristik epoxy yaitu ringan dan tidak menimbulkan tegangan, tahan
bahan kimia dan tahan korosi, tahan minyak, kuat tapi dapat dimesin dan dicat,
mudah pemakaiannya dan tak perlu panas, kurang tahan temperatur tinggi, kurang
tahan benturan. Jenis epoxy ini dapat diperkuat dengan logam, keramik,
bermacam-macam serat sehingga jauh menguntungkan bila hanya menggunakan
epoxy atau serat saja.
Kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan mengatur perbandingan
antara resin dan hardener serta proses pengeringannya, epoxy kebanyakan dipakai
untuk perbaikan peralatan dari logam, perawatan mesin, perekat bagi logam yang
13
tidak boleh dilas. Keistimewaan lain yaitu mempunyai sifat susut muai yang
sangat rendah, tahan tekanan, erosi dan abrasi (Surdia, 1999 : 258).
Resin polyester relatif lebih murah jika dibanding epoxy, tetapi tidak sekuat epoxy.
Resin polyester banyak digunakan sebagai matrik pada fiber-reinforcement.
2.3.2 Penguat (Filler)
Partikel maupun serat merupakan filament dari bahan reinforcing. Jenis
serat yang biasa dipakai bisa serat anorganik (seperti: serat gelas, serat karbon,
serat boron, kevlar- 49, keramik, logam), ataupun serat organik (seperti: grafit dan
serat- serat yang berasal dari tumbuhan). Serat maupun partikel tumbuhan yang
bisa dipakai antara lain: pandan, katun, kapas, rami, sutra, serabut kelapa, serabut
kelapa sawit, serbuk gergaji, serat pisang, serat nanas, serat enceng gondok, dan
sebagainya (Findasari, 2006).
Penguat organik termasuk salah satu jenis serat yang digunakan dalam
pembuatan komposit yaitu serat yang bersal dari alam. Jenisnya dapat berbentuk
bulat, segitiga atau heksagonal. Fungsi utamanya adalah sebagai bahan penguat
komposit. Kekuatan komposit dapat diatur dari persentase jumlah penguat itu
sendiri, pada umumnya semakin banyak jumlah serat maka kekuatan komposit
akan bertambah.
Pada penelitian ini model penguat yang digunakan adalah partikel kayu jati
(Tectona grandis) yang diarangkan, tujuan dari pengarangan ini antara lain
dikarenakan :
1. Arang tidak dapat terurai lagi pada alam bebas
14
2. Bahan ini tidak akan terserang oleh hewan-hewan yang termasuk pemakan
kayu
3. Kandungan airnya rendah sehingga ikatan matrik dengan serat akan menjadi
semakin kuat
2.3.3 Bahan – bahan tambahan
Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk
mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis pada
komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu
sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama. Dan apabila pada
proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan menimbulkan panas yang
berlebihan sehingga akan merusak produk. Tetapi di dalam resin epoxy,
katalisnya biasa disebut sebagai hardener. Sedangkan komposisi pencampuran
antara resin dan hardener adalah 1 : 1 tertera pada kemasan (Template epoxy).
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan
cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan terhadap
cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent atau zat pelapis
yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan saat proses
pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release
agent yang biasa digunakan antara lain waxes (semir), MAA, mirror glass,
vaselin, polyvinyl alcohol, film forming, kertas pembungkus makanan berpelapis
plastik dan oli.
15
2.4 Volume Penguat
Komponen penyusun bahan komposit mempunyai pengaruh terhadap sifat
mekanik akhir bahan komposit. Besar pengaruh terhadap sifat mekanik akhir
bahan komposit dapat ditinjau dari seberapa banyak komponen tersebut terdapat
dalam bahan komposit. Dalam analisa sifat mekanik bahan komposit persamaan-
persamaan yang digunakan menggunakan komponen fraksi volume, namun dalam
kenyataannya pengukuran dapat dilakukan berdasarkan fraksi berat yaitu dengan
mengetahui terlebih dahulu massa jenis partikel yang akan digunakan (Findasari,
2006).
Sebelum menentukan fraksi volume terlebih dahulu mencari massa jenis serat
yang digunakan. Massa jenis partikel arang kayu jati ini diasumsikan 1,46
gram/ml. Fraksi volume merupakan rasio antara volume komponen penyusun
dengan volume total komposit. Pada bahan komposit jumlah fraksi volume
komponen penyusunnya harus sama dengan satu, dengan mengasumsikan tidak
adanya void (Kilduff, 1994 : 460) :
Vf + Vm = Vkomposit............................................................................ (2.1)
Dengan Vf = volume partikel
Vm = volume matrik
Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting dalam
mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan.
16
2.5 Pengujian Komposit
Untuk mengetahui sifat mekanis dari komposit maka dilakukan pengujian.
Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan uji impak, dengan pengujian
akan dapat diperoleh suatu angka yang menunjukkan kekuatan dari komposit.
2.5.1 Pengujian Tarik
Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan tarik
dan regangan dari matrik, maupun komposit partikel. Metode yang digunakan
adalah benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan perlahan-lahan
meningkat sampai suatu beban tertentu hingga benda uji patah. Beban tarik yang
bekerja pada benda uji akan menimbulkan pertambahan panjang disertai
pengecilan diameter benda uji. Perbandingan antara pertambahan panjang (∆L)
dengan panjang awal benda uji (L) disebut regangan. Pengujian tarik ini dilakukan
di Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.
Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik maupun
komposit serat dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus berikut
(Djaprie, 1995 : 26) :
APσ = ................................................................................ ....(2.2)
Dengan σ : kekuatan tarik (MPa)
P : beban maksimal (Kg)
A : luas penampang pengujian (mm²)
%100L∆Lε
0
×= .................................................................. ... (2.3)
17
Dengan ε : regangan (%)
∆L : pertambahan panjang (mm)
L0 : panjang mula-mula (mm)
2.5.2 Pengujian Impak
Pengujian impak dimaksudkan untuk mengetahui sifat fisis liat atau
getas benda uji sebelum dan sesudah mendapat perlakuan panas. Uji impak ini
membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji dengan sekali pukul, alat
pukul yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat tertentu yang dijatuhkan
dengan cara dilepaskan dari sudut 150o (α) dan sisi pisau pada palu mengenai
benda uji berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm, panjang 55 mm
dan takikan 2 mm serta sudut takikan 45o, karena pukulan tersebut benda uji akan
patah, kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut (β) hasil dari
keliatan benda uji (Anonim, 2003).
Gambar 2.5 Prinsip pengujian impak (Santoso, 2003)
18
Harga uji impak dapat dicari dengan persamaan :
W = GR (cos β - cos α) (joule) ...............................................(2.4).
dimana : W = Tenaga patah (joule)
α = Besar sudut pada saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji
β = Sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji
G = Berat palu (kgf = N)
R = Jarak titik putar palu sampai titik berat palu = 0,3948 m
Keuletan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus (Anonim, 2003):
Keliatan = A
W (joule/mm2) .................................................. (2.5)
dimana : W = tenaga patah (joule)
A = luas patahan benda uji (mm2)
Dari metode ini dapat diperoleh keuntungan sebagai berikut:
1. Bentuk benda uji yang digunakan sangat cocok untuk mengukur ketangguhan
tarik pada bahan kekuatan rendah.
2. Pengujian dapat dilakukan pada suhu dibawah suhu ruang
3. Dapat juga digunakan untuk perbandingan pengaruh paduan dan perlakuan
panas pada ketangguhan takik.
Disamping beberapa keuntungan pada metode ini, terdapat juga kerugian yang
terjadi, diantaranya:
1. Hasil uji impak tidak bisa dimanfaatkan dalam perancangan, karena uji ini
bersifat merusak.
2. Tidak terdapat hubungan antara data uji impak dengan ukuran cacat.
19
2.5.3 Foto Makro
Foto makro dilakukan untuk mengetahui bentuk patahan yang terjadi
setelah dilakukan uji tarik dan uji impak. Bentuk patahan dapat menunjukkan
tingkat kekuatan dari suatu material seperti getas atau elastis.
2.6 Bentuk-bentuk Patahan
Dari hasil pengujian akan diperoleh jenis patahan yang menunjukkan karakter dari
bahan.
1. Patah liat : pada bahan ductile (liat) akan terlihat arah rambatan retak yang
tidak rata, tampak buram dan berserat.
2. Patah getas : patahan getas akan memberikan tampilan permukaan yang rata
tanpa terjadinya tanda-tanda kerusakan yang berarti pada sekitar patahan,
permukaannya pun mengkilap.
3. Patah Campuran : patahan ini mempunyai patahan yang sebagian getas dan
sedikit liat.
2.8 Tinjauan Pustaka
Penelitian ini sebelumnya pernah dilakukan oleh Setyawati
(2003) dan Swandono (2008), Yang tujuannya adalah pemanfaatan limbah kayu
sebagai bahan penguat komposit. Inti dari penelitian tersebut adalah sebagai
berikut :
Kebutuhan manusia akan kayu sebagai bahan bangunan baik untuk
keperluan konstruksi, dekorasi, maupun furniture terus meningkat seiring
20
dengan meningkatnya jumlah penduduk. Jika kita lihat sampai saat ini kegiatan
pemanenan dan pengolahan kayu di Indonesia masih menghasilkan limbah
dalam jumlah besar. Limbah kayu berupa potongan log maupun sebetan telah
dimanfaatkan sebagai inti papan blok dan bahan baku papan partikel. Akan
tetapi limbah berupa serbuk gergaji pemanfaatannya masih belum optimal.
Untuk industri besar dan terpadu, limbah serbuk kayu gergajian sudah
dimanfaatkan menjadi bentuk briket arang dan arang aktif yang dijual secara
komersial. Namun untuk industri penggergajian kayu skala industri kecil yang
jumlahnya mencapai ribuan unit dan tersebar di pedesaan, limbah ini belum
dimanfaatkan secara optimal. Sebagai contoh adalah pada industri penggergajian
di Jambi yang berjumlah 150 buah yang kesemuanya terletak ditepi sungai
Batanghari, limbah kayu gergajian yang dihasilkan dibuang ke tepi sungai
tersebut sehingga terjadi proses pendangkalan dan pengecilan ruas sungai (Pari,
2002). Pada industri pengolahan kayu sebagian limbah serbuk kayu biasanya
digunakan sebagai bahan bakar tungku, atau dibakar begitu saja tanpa
penggunaan yang berarti, sehingga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan
(Febrianto,1999). Dalam rangka efisiensi penggunaan kayu perlu diupayakan
pemanfaatan serbuk kayu menjadi produk yang lebih bermanfaat.
Serbuk kayu sebagai Filler
Filler ditambahkan ke dalam matriks dengan tujuan meningkatkan sifat-
sifat mekanis plastik melalui penyebaran tekanan yang efektif di antara serat
dan matriks (Han, 1990). Selain itu penambahan filler akan mengurangi biaya
disamping memperbaiki beberapa sifat produknya.
21
Bahan-bahan inorganik 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
fiberglass dapat meningkatkan kekuatan produk tetapi harganya sangat mahal.
Karena itu penggunaan bahan organik, seperti kayu sebagai filler dalam industri
plastik mulai mendapat perhatian. Di Indonesia potensi kayu sebagai filler
sangat besar, terutama limbah serbuk kayu yang pemanfaatannya masih belum
optimal.
Pada penelitian yang dilakukan Setyawati (2003) kayu yang digunakan
adalah campuran dari berbagai jenis kayu sedangkan Swandono (2008) hanya
menggunakan serbuk kayu glugu sebagai filler, selain mengoptimalkan
penggunaan serbuk gergaji penggunaan filler ini juga dapat mengurangi biaya
pembuatan komposit.
Menurut Strak dan Berger (1997), serbuk kayu memiliki kelebihan
sebagai filler bila dibandingkan dengan filler mineral seperti mika, kalsium
karbonat, dan talk yaitu: temperatur proses lebih rendah (kurang dari 400ºF)
dengan demikian mengurangi biaya energi, dapat terdegradasi secara alami,
berat jenisnya jauh lebih rendah, sehingga biaya per volume lebih murah, gaya
22
geseknya rendah sehingga tidak merusak peralatan pada proses pembuatan, serta
berasal dari sumber yang dapat diperbaharui.
Matriks
Kebanyakan komposit memiliki kelemahan dengan stabilitas dimensinya
yang rendah sehingga hanya digunakan sebagai interior saja. Untuk mengatasi
kelemahan tersebut maka dilakukan pengembangan penelitian dengan
menggunakan perekat termoplastik seperti polyprophylene (PP), polystyrene (PS)
dan polyetylene (PE), dll. Mulyadi (2001) mengatakan bahwa plastik dapat
dibedakan menjadi dua tipe yaitu termoplastik dan termoset. Termoplastik adalah
plastik yang dapat didaur ulang dengan cara dipanaskan. Dalam keadaan dingin
termoplastik akan mengeras dan dapat menjadi lunak dan dapat dialirkan dalam
keadaaan panas. Polymer termoplastik dapat dibagi menjadi dua yaitu amorphous
dan semi cristaline.
Dalam Gunara (1993) Mengatakan bahwa perbedaan kadar resin
memberikan perbedaan pada sifat-sifat mekanik baha yang direkat. Semakin
tinggi kadar Perekat maka akan semakin tinggi pula Modulus of elasticity dan
modulus of rupture dari bahan yang direkat setelah dilakukan uji rekat. Selain itu
mengatakan bahwa untuk kepentingan ekonomis tidak diperlukan perekat yang
lebih banyak dari pada yang diperlukan untuk memperoleh sifat- sifat yang
diinginkan.
23
Aditif
Polyolefin bersifat hidrofobik dan non polar jika digunakan dalam
komposit diharapkan mampu memperbaiki sifat fisis dan mekanis komposit yang
dihasilkan. Dilain itu kayu merupakan hidrofilik dan polar sehingga jika
digabungkan akan mengahsilkan produk yang kurang kompak dan sifat mekanis
yang kurang baik sehingga perlu ditambahkan aditif (compatibilizer dan inisiator)
dalam pembuatan papan partikel dari bahan yang kedua bahannya berbeda sifat.
Aditif dapat meningkatkan ikatan tremoplastik dengan kayu (Youngquist, 1999)
menyatakan bahwa polyprophylene jika ditambahkan compatibilizer
meningkatkan ikatan antara pengisi dengan pengikat.
Pada penelitian ini Setyawati menggunakan plastik daur ulang
(termoplastik) sebagai matrik. Di Indonesia, plastik daur ulang sebagian besar
dimanfaatkan kembali sebagai produk semula dengan kualitas yang lebih
rendah. Pemanfaatan plastik daur ulang sebagai bahan konstruksi masih sangat
jarang ditemui. Pada tahun 1980 an, di Inggris dan Italia plastik daur ulang telah
digunakan untuk membuat tiang telepon sebagai pengganti tiang-tiang kayu atau
besi. Di Swedia plastik daur ulang dimanfaatkan sebagai bata plastik untuk
pembuatan bangunan bertingkat, karena ringan serta lebih kuat dibandingkan
bata yang umum dipakai (YBP, 1986).
Pemanfaatan plastik daur ulang dalam bidang komposit kayu di
Indonesia masih terbatas pada tahap penelitian. Ada dua strategi dalam
pembuatan komposit kayu dengan memanfaatkan plastik, pertama plastik
dijadikan sebagai binder sedangkan kayu sebagai komponen utama; kedua kayu
24
dijadikan bahan pengisi/filler dan plastik sebagai matriksnya. Penelitian
mengenai pemanfaatan plastik polipropilena daur ulang sebagai substitusi
perekat termoset dalam pembuatan papan partikel telah dilakukan oleh
Febrianto dkk (2001). Produk papan partikel yang dihasilkan memiliki stabilitas
dimensi dan kekuatan mekanis yang tinggi dibandingkan dengan papan partikel
konvensional. Penelitian plastik daur ulang sebagai matriks komposit kayu
plastik dilakukan Setyawati (2003) dan Sulaeman (2003) dengan menggunakan
plastik polipropilena daur ulang. Dalam pembuatan komposit kayu plastik daur
ulang, beberapa polimer termoplastik dapat digunakan sebagai matriks, tetapi
dibatasi oleh rendahnya temperatur permulaan dan pemanasan dekomposisi kayu
(lebih kurang 200°C).
Pada penelitian yang dilakukan oleh Swandono (2008) matrik yang
digunakan adalah epoxy, karena dengan epoxy diharapkan komposit yang
didapat memiliki sifat mekanis yang lebih baik jika dibandingkan dengan
penggunaan plastik daur ulang sebagai matrik.
Proses Pembuatan
Pada dasarnya pembuatan komposit serbuk kayu plastik daur ulang tidak
berbeda dengan komposit dengan matriks plastik murni. Komposit ini dapat
dibuat melalui proses satu tahap, proses dua tahap, maupun proses kontinyu.
Pada proses satu tahap, semua bahan baku dicampur terlebih dahulu secara
manual kemudian dimasukkan ke dalam alat pengadon (kneader) dan diproses
sampai menghasilkan produk komposit. Pada proses dua tahap bahan baku
25
plastik dimodifikasi terlebih dahulu, kemudian bahan pengisi dicampur secara
bersamaan di dalam kneader dan dibentuk menjadi komposit. Kombinasi dari
tahap-tahap ini dikenal dengan proses kontinyu. Pada proses ini bahan baku
dimasukkan secara bertahap dan berurutan di dalam kneader kemudian diproses
sampai menjadi produk komposit (Han dan Shiraishi, 1990). Umumnya proses
dua tahap menghasilkan produk yang lebih baik dari proses satu tahap, namun
proses satu tahap memerlukan waktu yang lebih singkat.
Penyiapan filler
Pada prinsipnya penyiapan filler ditujukan untuk mendapatkan serbuk
kayu atau tepung kayu dengan ukuran dan kadar air yang seragam. Makin halus
serbuk semakin besar kontak permukaan antara filler dengan matriknya,
sehingga produk menjadi lebih homogen. Akan tetapi, bila ditinjau dari segi
dekoratif, komposit dengan ukuran serbuk yang lebih besar akan menghasilkan
penampakkan yang lebih baik karena sebaran serbuk kayunya memberikan nilai
tersendiri. Perbedaan pada penelitian ini, Swandono (2008) mengubah serbuk
gergaji menjadi arang dengan pemanasan dengan suhu 200°C dan 300°C. Kedua
sebuk gergaji campur dengan komposisi perbandingan 50% untuk arang dengan
suhu pegarangan 200°C dan 50% untuk arang dengan suhu pegarangan 300°C.
Setyawati hanya menghaluskan serbuk kayu sehingga menjadi homogen.
Penyiapan Plastik Daur Ulang
Limbah plastik dikelompokkan sesuai dengan jenis plastiknya
(polipropilena (PP), polietilena (PE), dan sebagainya). Setelah dibersihkan,
limbah tersebut dicacah untuk memperkecil ukuran, selanjutnya dipanaskan
26
sampai titik lelehnya, kemudian diproses hingga berbentuk pellet. Sebelum
digunakan sebagai matriks komposit dilakukan analis termal diferensial (DTA).
Pada proses dua tahap, pellet tersebut diblending terlebih dahulu dengan
coupling agent sehingga berfungsi sebagai compatibilizer dalam pembuatan
komposit (Gunara, 1993)
Pengadonan
Tahap-tahap dalam pengadonan ini disesuaikan dengan proses yang
digunakan, satu tahap, dua tahap, atau kontinyu. Menurut Han (1990) kondisi
pengadonan yang paling berpengaruh dalam pembuatan komposit adalah suhu,
laju rotasi, dan waktu pengadonan. Sebelum pengadonan dilakukan filler dioven
terlebih dahulu tujuannya adalah mengurangi kelembaban pada serbuk kayu dari
lingkungan sekitar sebelum dilakukan pengepresan.
Pembentukan komposit
Pada penelitian yang dilakukan Setyawati (2003) setelah proses
pencampuran selesai, sampel langsung dikeluarkan untuk dibentuk menjadi
lembaran dengan kempa panas. Pengempaan dilakukan selama 2,5 - 3 menit
dengan tekanan sebesar 100 kgf/cm2 selama 30 detik pada suhu 170ºC - 190ºC.
Setelah dilakukan pengempaan dingin pada tekanan yang sama selama 30 detik,
lembaran kemudian didinginkan pada suhu kamar. Swandono (2008) melakukan
pengempaan selama 6 jam dengan tekanan sebesar 2000 kg/cm², setelah
komposit mengering baru kemudian dikeluarkan dari cetakan.
27
Pengujian Komposit
Pengujian komposit dilakukan untuk mengetahui apakah produk yang
dihasilkan telah memenuhi persyaratan yang ditentukan untuk suatu penggunaan
tertentu. Jenis pengujian disesuaikan dengan kebutuhan, umumnya meliputi
pengujian fterhadap sifat fisis, mekanis, serta thermal komposit (Djaprie, 1995 :
27).
Komposit yang berkualitas tinggi hanya dapat dicapai bila serbuk kayu
terdistribusi dengan baik di dalam matriks. Dalam kenyataannya, afinitas antara
serbuk kayu dengan plastik sangat rendah karena kayu bersifat hidrofilik
sedangkan plastik bersifat hidrofobik. Akibatnya komposit yang terbentuk
memiliki sifat-sifat pengaliran dan moldability yang rendah dan pada gilirannya
dapat menurunkan kekuatan bahan (Han, 1990).
Hasil-hasil Penelitian
Penelitian-penelitian yang telah dan sedang dilakukan bertujuan untuk
menghasilkan komposit kayu plastik dengan sifat-sifat yang terbaik. Han (1990),
Stark & Berger (1997), dan Oksman & Clemons (1997), meneliti faktor- faktor
yang berperan penting dalam pembuatan komposit serbuk kayu plastik, yaitu
tipe dan bentuk bahan baku, jenis kayu, nisbah filler dengan matriks, jenis dan
kadar compatibilizer, serta kondisi pada saat pengadonan. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa sampai batas tertentu terjadi peningkatan kekuatan
komposit dengan makin kecil ukuran serbuk yang digunakan, demikian juga
tipe, nisbah serbuk kayu dan plastik, kadar air serta jenis kayu berpengaruh
28
nyata terhadap sifat-sifat komposit yang dihasilkan. Penambahan compatibilizer
sampai batas tertentu berpengaruh baik terhadap kekuatan komposit.
Penelitian mengenai komposit kayu plastik sebagian besar masih
menggunakan plastik murni sebagai matriks. Penelitian dengan menggunakan
matriks daur ulang, dilakukan oleh Setyawati (2003), Sulaeman (2003) dengan
menggunakan polipropilena daur ulang. Hasil- hasil penelitian dirangkum
sebagai berikut :
Setyawati (2003) meneliti pengaruh ukuran nisbah serbuk kayu dengan
matriks, serta kadar compatibilizer terhadap sifat fisis dan mekanis komposit
kayu polipropilena daur ulang. Hasil penelitian menunjukkan pola yang sama
dengan komposit yang menggunakan polipropilena murni, yaitu sifat–sifat
komposit meningkat dengan makin halusnya ukuran partikel. Nisbah serbuk
kayu dengan matriks sebesar 50:50 dengan penambahan MAH 2,5% sebagai
compatibilizer disertai dengan penambahan inisiator menghasilkan kekuatan
komposit yang optimal, disamping sifat-sifat fisis yang memadai.
Swandono (2008), meneliti tingkat keausan dan koefisen gesek pada
komposit kayu glugu. Hasilnya menunjukkan bahwa koefisien gesek komposit
arang serbuk kayu glugu lebih tinggi dari kampas rem yang ada pada pasaran,
akan tetapi memiliki tingkat keausan yang lebih tinggi dimiliki oleh komposit
berpenguat 60%.
29
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Skema Penelitian
Untuk lebih mempermudah dalam melakukan penelitian maka
diperlukan adanya rancangan skema alur penelitian seperti ditunjukkan pada
gambar 3.1.
Gambar.3.1. Skema jalannya penelitian
Persiapan bahan
Resin + hardener Serbuk kayu
Dioven 200◦C, 300◦C, (2jam) 400◦C, 500◦C,
Pembuatan benda uji dengan variasi komposisi partikel 200◦C dengan partikel 300◦C, Dilihat dari partikel 200◦ C: 100%, 60%,
Cetakan dan press
Uji tarikPembuatan benda uji dengan variasi fraksi partikel: 27%,36%, 45%,56%. Uji tarik dan uji impak Pengolahan data
Pembahasan dan kesimpulan
30
3.2 Persiapan Benda Uji
3.2.1 Bahan Komposit
Untuk membuat komposit berpenguat partikel serbuk gergaji kayu jati
membutuhkan beberapa bahan yaitu :
1. Partikel
Partikel yang digunakan dalam komposit ini adalah partikel yang berasal
dari serbuk kayu jati yang diarangkan. Untuk mendapatkan partikel yang baik
maka dilakukan variasi pengarangan, variasi yang dilakukan adalah variasi suhu
saat pembuatan arang. Suhu pengarangan dimulai dari 200°C, 300°C, 400°C dan
500°C yang dilakukan selama 2 jam, lama pengarangan ini diasumsikan bahwa
suhu telah merata pada setiap bagian dari serbuk gergaji yang kita letakkan dalam
kaleng kemudian dimasukkan kedalam oven.
Dalam proses pembuatan arang ada beberapa langkah yang harus dilakukan
sebagai berikut :
1. Menyiapkan terlebih dahulu bahan dan alat yaitu serbuk kayu jati, oven dan
kaleng.
2. Memasukkan serbuk dalam kaleng lalu ditutup rapat tujuannya adalah agar
saat pembakaran tidak terjadi oksidasi sehingga tidak menjadi abu.
3. Menghidupkan oven dan mengatur suhunya sesuai dengan variasi penelitian
( 200ºC- 500ºC) suhu dipertahan kan sampai 2 jam, lamanya pengovenan ini
diasumsikan bahwa suhu sudah merata pada setiap bidang dan tempat.
31
4. Setelah selesai arang dibiarkan sampai dingin baru dibuka, karena jika
langsung dibuka maka serbuk tersebut akan terbakar karena suhunya masih
cukup tinggi.
Berdasarkan dari acuan pengujian kadar karbon pada partikel kayu glugu
maka partikel yang akan digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah serbuk
kayu dengan suhu pengovenan 200°C dan 300°C.
Gambar 3.2. Serbuk dengan suhu pengarangan 200°C
Gambar 3.3. Serbuk dengan suhu pengarangan 300°C
2. Resin
Resin yang digunakan adalah epoxy dengan dengan merk dagang ALF.
Dalam pemakaiannya resin ini harus diberi campuran pengeras (hardener) dengan
perbandingan 1 : 1 karena jika tidak dicampur atau komposisinya tidak pas
dengan hardener maka resin tidak akan dapat mengering atau tidak dapat
mengering dengan sempurna.
32
Gambar 3.4. Resin dan hardener epoxy
3. Bahan tambahan
Release agent (pelumas) yang digunakan untuk memudahkan dalam
pembuatan komposit ini adalah mentega. Mentega dioleskan pada seluruh
permukaan yang bertujuan untuk memudahkan proses pengeluaran komposit dari
cetakan. Selain mentega pada dasar cetakan juga dilapisi dengan kertas minyak
agar saat dilakukan proses penekanan resin yang keluar tidak berceceran.
3.2.2 Alat Bantu
Alat bantu yang digunakan dalam proses pembuatan komposit ini adalah
sebagai berikut :
1. Oven untuk pengarangan.
2. Kaleng sebagai wadah serbuk saat proses pengovenan.
3. Tang untuk mengambil kaleng dalam oven
4. Timbangan digital, yang digunakan untuk menimbang partikel.
5. Gelas ukur, untuk mengukur volume resin dan hardener.
6. Mentega dan kertas minyak, digunakan sebagai pelapis pada cetakan yang
berfungsi agar komposit yang telah mengering mudah dilepas dari cetakan.
7. Limiter sebagai pengatur ketebalan komposit.
33
8. Dongkrak hidrolik.
9. Bingkai sebagai tempat pengepresan
10. Sekrap, untuk melepaskan komposit yang sudah kering dari cetakan, juga
untuk membersihkan cetakan dari sisa resin.
3.2.3 Cetakan dan Press
Cetakan dibuat dari baja berbentuk persegi panjang dengan tujuan
memudahkan pembuatan alat dan pembuatan benda uji. Cetakan terdiri dari dua
Komponenl, untuk alas dan penutup menggunakan plat besi dengan ketebalan
9mm dan pada bagian kelilingnya menggunakan plat besi dengan ketebalan 4mm.
Gambar 3.5. Bentuk cetakan yang digunakan
Untuk proses pengepresan menggunakan dongkrak hidrolik yang dipasang
alat pengukur tekanan, tekanan yang digunakan 2000 Kg/cm². Pada saat
pengepresan cetakan dipasang pada bingkai cetakan yang terbuat dari besi profile
yang bertujuan untuk menahan saat proses pengepresan.
34
Gambar 3.6. Alat pengepres cetakan.
3.3 Pembuatan Benda Uji
3.3.1 Menentukan Komposisi Jumlah Serat
Dalam penelitian ini ada beberapa tahap percobaan yang dilakukan untuk
mendapatkan komposisi komposit yang paling tepat, percobaan yang dilakukan
ada dua macam yaitu :
1. Percobaan Pertama
Percobaan pertama dilakukan untuk menentukan komposisi paduan serat
antara serat dengan suhu pengarangan 200° C dan dan 300° C. Pada percobaan
pertama ini menggunakan fraksi partikel 45% , untuk mengetahui kekuatannya
pada percobaan pertama dilakukan pengujian tarik. Komposisi serbuk yang akan
digunakan dalam percobaan pertama ini dapat dilihat pada tabel 1.2.
Dibawah ini adalah contoh mencari jumlah partikel yang akan
digunakan dalam pembuatan komposit pada percobaan pertama, misalnya untuk
komposisi partikel 100 % partikel 200◦C dengan fraksi volume partikel 45%.
Setelah kita ketahui dari perhitungan bahwa massa jenis partikel yang digunakan
adalah ρ= 1,46 gram/ml, maka untuk mengetahui jumlah matrik maupun partikel
terlebih dahulu kita cari volume cetakan yang kita pakai.
35
Volume cetakan = 21cm x 11cm x 0,5 cm = 115,5 cm³
Maka volume partikel yang akan digunakan adalah :
10045 x 115,5 = 51, 91 cm³
Untuk memudahkan mengukur volume partikel, maka kita hitung berdasarkan
beratnya, yaitu dengan cara mengalikannya dengan massa jenis partikel itu
sendiri. Maka partikel yang akan kita gunakan adalah
51,91 x 1.46 = 75,65 gram
Untuk matriknya, resin dapat langsung kita ukur dengan menggunakan gelas
ukur.
Tabel 3.1. Komposisi komposit percobaan pertama
No Partikel 200◦C ( gram )
Partikel 300◦C ( gram )
Berat partikel ( gram )
Volume matrik ( ml )
1 75,65 0 75,65 63,53
2 45,39 30,26 75,65 63,53
3 37,83 37,83 75,65 63,53
4 30,26 43,39 75,65 63,53
5 0 75,65 75,65 63,53
Keterangan : Fraksi volume (νf) yang digunakan adalah 45%
2. Percobaan Kedua.
Setelah didapatkan komposisi partikel yang tepat maka pada percobaan
kedua ini dilakukan untuk mengetahui fraksi partikel yang paling baik pada
komposit partikel arang kayu jati. Untuk mengetahui kekuatannya pada percobaan
kedua ini dilakukan pengujian tarik dan uji impak. Dengan menggunakan
36
perhitungan yang sama seperti pada percobaan pertama, maka komposisi partikel
pada percobaan keduaa ini dapat dilihat pada tabel 3.3.
Tabel 3.2. Komposisi komposit partikel percobaan kedua
Fraksi volume
serat
Partikel 200◦C ( gram )
Partikel 300◦C ( gram )
Berat total Partikel ( gram )
Volume matrik ( ml )
27% 27,23 18,16 45,39 84,31
36% 36,32 24,2 60,52 73,92
45% 45,39 30,26 75,65 63,52
54% 54,46 36,32 90,78 53,13
Keterangan : Komposisi partikel 60% serbuk dengan suhu pengovenan 200°C dengan 40% serbuk suhu pengovenan 300°C.
Pada pengujian impak dimensi cetakan yang digunakan adalah : 66 cm³.
Komposisi pembentuknya dapat kita lihat dalam tabel 3.4 berikut ini :
Tabel 3.3. Komposisi partikel pada pengujian impak
Fraksi volume Partikel 200◦C ( gram )
Partikel 300◦C ( gram )
Berat total Partikel ( gram )
Volume matrik ( ml )
27% 15,56 10,37 25,93 48,18
36% 20,75 13,83 34,58 42,24
45% 25,94 17,29 43,23 36,3
54% 31,12 20,75 51,87 30,36
Keterangan : Komposisi partikel 60% serbuk dengan suhu pengovenan 200°C dengan 40% serbuk suhu pengovenan 300°C.
37
Berikut ini adalah langkah -langkah dalam pembuatan benda uji baik
untuk pengujian tarik maupun pengujian impak, dapat kita kita lihat sbb:
1. Mengetahui terlebih dahulu komposisi atau fraksi partikel, kemudian
menimbang partikel sesuai dengan perhitungan yang ada, setelah itu
memasukkan partikel dalam oven dengan suhu 50°C selama 20 menit dengan
tujuan mengurangi kadar air agar ikatan matrik pada benda menjadi lebih kuat.
2. Melapisi cetakan dengan pelicin (mentega atau MAA) dan kertas minyak
(pembungkus makanan) agar nantinya setelah kering mudah dilepas.
3. Mencampurkan resin dan hardener dengan perbandingan 1 : 1 pada gelas
ukur, jumlahnya diusahakan lebih banyak dari hitungan komposisi, hal ini
dimaksudkan agar proses pencampuran dengan serat menjadi lebih mudah,
cara ini tidak akan merubah komposisi benda uji karena resin akan keluar saat
pengepresan jika terjadi komposisi yang berlebih.
4. Setelah pengovenan selesai kemudian menuangkan partikel pada resin
kemudian diaduk sampai benar-benar merata karena ini akan berpengaruh
pada hasi cetakan.
5. Memasukkan partikel kedalam cetakan, meratakan kesemua bagian, lalu siap
dipress pada bingkai dengan bantuan dongkrak.
6. Lama pengepresan ini disesuaikan dengan waktu resin dapat mengering
(dalam kemasannya tertera 4 jam), cetakan jangan dibuka sebelum benar-
benar kering karena benda dapat mengembang lagi atau berubah bentuknya
tidak sesuai dengan yang diharapkan.
38
3.4 Prosedur Pengujian.
3.4.1 Metode Pengujian Tarik
Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik matriks pengikat dan komposit
digunakan pengujian tarik dengan menggunakan mesin uji tarik. Dalam pengujian
matrik pengikat ini digunakan 4 buah benda uji matrik pengikat dengan dimensi
benda uji sesuai dengan standar ASTM D 638-1 (Standar Test Methode for
Tensile Properties of Plastic). Bentuk dan dimensi benda uji tarik matrik pengikat
yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.7
Gambar 3.7. Dimensi benda uji tarik matrik (ASTM D 638-1)
3.4.2 Benda uji komposit untuk pengujian tarik
Pengujian tarik komposit mengacu pada standar pengujian ASTM D 638-
90 Bentuk dan dimensi benda uji tarik komposit yang digunakan dapat dilihat
pada gambar 3.8
39
50 460
R1
200
2012.5
Satuan : mm
Gambar 3.8. Dimensi benda uji tarik komposit (ASTM D 638-90)
Pengujian tarik matrik pengikat dan komposit menggunakan mesin uji
tarik yang berada di laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.
Langkah-langkah pengujian tarik sebagai berikut:
a. Mencatat dan menandai dengan nomor benda yang akan diuji.
b. Mencatat ukuran-ukuran benda uji sampai ketelitian 0,2 mm.
c. Memasang benda uji pada penjepit (grip) atas dan bawah pada mesin uji.
Diusahakan agar benda uji betul-betul vertikal, kemudian mengencangkan
kedua penjepit.
d. Mengoperasikan mesin uji tarik
e. Mencatat data-data hasil pengujian
Gambar 3.9. Benda uji tarik
40
Gambar 3.10. Mesin uji tarik
Gambar 3.11. Saat pengujian tarik
3.4.3. Metode Pengujian Impak
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya harga tenaga impak
dan keuletan dari matrik pengikat dan komposit. Mesin uji impak yang digunakan
pada penelitian adalah jenis mesin uji impak Charpy yang dapat dilihat pada
gambar 3.13. Langkah-langkah pengujian impak sebagai berikut:
a. Mempersiapkan Benda Uji
Benda uji dibuat dengan bentuk empat persegi panjang dengan ukuran 10 x
10 x 55 mm dan diberi takik sedalam 2 mm dengan sudut 450 yang berada
41
2
45 O
55 10
10
Satuan : mm
ditengah-tengah benda uji, kemudian dihaluskan dulu sisi-sisinya menggunakan
amplas agar permukaan benda uji menjadi rata.Pengujian impak matrik pengikat
dan komposit mengacu pada standar pengujian ASTM A370. Bentuk dan dimensi
benda uji impak matrik pengikat yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.12
Gambar 3.12. Dimensi benda uji impak (ASTM A370)
b. Pelaksanaan Penelitian
Penelitian dilakukan dengan cara benda uji diletakkan pada tempat dimana
bila lengan pada alat uji impak dijatuhkan maka akan tepat mengenai bagian
tengah (takik) benda uji sehingga benda uji akan patah setelah mendapat beban
kejut dari lengan yang dilepas dari sudut 1500, kemudian lengan membentuk sudut
(β) yang dibentuk setelah palu mematahkan benda uji.
Gambar 3.13. Alat uji impak
42
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik untuk mengetahui
kekuatan tarik dan regangan serta pengujian impak untuk mengetahui ketahanan
patah dan keuletan. Dari setiap variasi yang berbeda, dibuat benda uji yang
berjumlah 4 (empat) spesimen, sedangkan jumlah total benda uji untuk pengujian
impak ada 20 spesimen, tapi dari 4 spesimen yang diuji hanya akan diambil tiga
yang terbaik untuk dilakukan perhitungan. Hasil pengujian dan perhitungan
disajikan dalam bentuk tabel dan grafik, sedangkan analisis dalam bentuk tulisan.
4.1 Hasil Pengujian Tarik
Pengujian yang dilakukan menggunakan mesin uji tarik. Dari hasil
pengujian tersebut dapat diperoleh data seperti kekuatan tarik maksimum,
regangan dan modulus young. Hasil pengujian tarik pada percobaan pertama
dapat dilihat pada tabel 4.1, dari perhitungan yang dilakukan diperoleh data sbb:
43
Tabel 4.1. Data hasil uji tarik pertama
komposisi serbuk 300ºC No
συ
(MPa) ε
(%) Modulus Plastis (MPa)
σ (rata-rata)
(MPa)
ε (rata-rata) (%)
Modulus Plastis
(rata-rata) (MPa)
0% 1 14,10 1,00 14,10
15,20 0,94 16,10 2 14,80 0,91 16,203 16,60 0,91 18,10
40% 1 21,10 0,91 23,00
20,90 0,97 21,80 2 23,60 0,91 25,803 17,80 1,08 16,50
50% 1 19,30 0,91 21,10
16,50 0,80 20,70 2 16,00 0,66 24,003 14,10 0,83 16,90
60% 1 13,20 0,83 15,90
15,10 0,86 17,70 2 17,80 0,83 21,403 14,30 0,91 15,70
100% 1 13,40 0,50 26,80
13,30 0,77 18,60 2 12,20 0,83 14,703 14,30 1,00 14,30
100 % epoxy
1 18,50 9,03 2,0018,70 5,76 37,00 2 18,90 4,64 4,00
3 18,80 3,59 5,20 Keterangan : Komposit partikel arang kayu jati suhu pengarangan 200ºC
dengan fariasi penambahan serbuk pengarangan 300ºC. Fraksi volume partikel yang digunakan adalah 45% .
Dari hasil perhitungan dapat kita ketahui bahwa kekuatan tarik tertinggi
dimiliki oleh komposit dengan penambahan partikel pengarangan 300ºC
sebanyak 40%, dengan penambahan ini kekuatan rata-rata komposit mencapai
20,9 MPa. Hal ini disebabkan karena dengan menambahkan serbuk
pengarangan 300ºC sebanyak 40% mampu meningkatkan kekuatan ikatan
antara matrik dengan partikel dan sebaliknya penambahan lebih dari 40% akan
menyebabkan penurunan ikatan antar matrik dengan partikel. Penambahan
partikel pada matrik juga mengakibatkan menurunnya regangan matrik. Hal ini
44
sangat menguntungkan karena komposit ini sangat cocok jika diaplikasikan
menjadi papan partikel atau pada kampas rem.
Gambar 4.1. Diagram batang kekuatan tarik rata-rata komposit partikel arang kayu jati suhu pengarangan 200ºC dengan fariasi penambahan serbuk
pengarangan 300ºC.
Dari grafik terlihat bahwa semakin tinggi kadar partikel suhu pengarangan
300°C dengan komposisi partikel diatas 40% menyebabkan kekuatan dari
komposit semakin menurun, hal ini dikarenakan partikel dengan suhu
pengarangan 300°C relatif lebih lemah dibandingkan partikel dengan suhu
pengarangan 200°C karena pada pengarangan ini partikel sudah menjadi arang.
45
Gambar 4.2. Diagram batang regangan komposit rata-rata partikel arang kayu jati suhu pengarangan 200ºC dengan fariasi penambahan serbuk pengarangan 300ºC.
Dari grafik dapat terlihat bahwa regangan tertinggi dimiliki oleh komposit
dengan penambahan partikel suhu pengarangan 300°C sebanyak 40% yaitu
sebesar 0,97%. Hal tersebut disebabkan karena pada komposisi ini lebih banyak
mengandung partikel dengan suhu pengarangan 200°C yang mempunyai kekuatan
dan keuletan yang lebih tinggi dibandingkan dengan partikel suhu pengarangan
300°C sehingga akan berpengaruh juga pada regangan komposit ini.
Gambar 4.3. Diagram batang modulus plastis rata-rata komposit partikel arang kayu jati suhu pengarangan 200ºC dengan fariasi penambahan serbuk
pengarangan 300ºC.
46
1. 0% serbuk 300°C 2. 40% serbuk 300°C
2. 50% serbuk 300°C 4. 60% serbuk 300°C
5. 100% serbuk 300°C
Gambar 4.4. Bentuk patahan pengujian tarik pertama
Dari bentuk patahan dapat dikatakan semuanya berbentuk patah campuran.
Patah campuran terjadi karena adanya 2 komponen yang berbeda pada pertikel
penyusun komposit. Pada partikel dengan suhu pengarangan 200°C cenderung
terlepas dari matrik saat menerima beban tarik sedangakan pada partikel dengan
suhu pengarangan 300°C cenderung patah atau hancur. Hal inilah yang
menyebabkan penampang pada patahan berbentuk patah campuran.
47
Setelah mendapatkan hasilnya, maka pada percobaan kedua dilakukan
pembuatan dan pengujian komposit yang sama tetapi dengan memfariasikan
fraksi serbuk penyusunnya, hasil pengujian dan perhitungan pada percobaan
kedua dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Uji tarik Percobaan Kedua
Fraksi Volume
Komposit No συ
(MPa) ε
%)
Modulus Plastis (MPa)
σ (rata-rata)
(MPa)
ε (rata-rata) %
Modulus Plastis
(rata-rata) (MPa)
27%
1 18,71 1,00 18,71
18,49 0,89 20,82 2 20,60 0,83 24,723 15,88 0,91 17,324 18,78 0,83 22,53
36%
1 21,39 0,91 23,34
22,79 0,89 25,44 2 26,56 0,91 28,983 21,18 0,83 25,424 22,02 0,91 24,02
45% 1 21,16 0,91 23,09
20,91 0,97 21,82 2 17,89 1,08 16,513 23,69 0,91 25,84
54%
1 23,06 0,83 27,67
17,80 0,85 21,02 2 23,85 0,83 28,633 12,46 0,91 13,594 11,83 0,83 14,19
Keterangan : Perbandingan campuran arang kayu jati adalah 60% pemanasan 200°C dan 40% pemanasan 300°C.
Berdasarkan perhitungan pada Tabel 4.2 kekuatan tarik rata-rata tertinggi
pada komposit ini dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume partikel 36%
sebesar 22,79 MPa. Jika dibandingkan dengan percobaan pertama, pada
percobaan kedua ini didapatkan kekuatan komposit yang lebih tinggi bekisar 10%.
Dalam memudahkan pembacaan dapat dilihat pada gambar 4.5
48
Gambar. 4.5. Diagram batang kekuatan tarik komposit partikel arang kayu jati dengan komposisi serbuk 60% suhu pengarangan 200ºC dan 40% serbuk suhu
pengarangan 300ºC
Dari tabel 4.2 dan Diagram 4.5 dapat kita ketahui bahwa kekuatan tarik
tertinggi dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume partikel 36%, ini
membuktikan bahwa fraksi volume partikel sangat berpengaruh pada kekuatan
komposit. Dari grafik terlihat kekuatan komposit semakin naik akan tetapi mulai
fraksi partikel 45% kekuatannya semakin menurun, hal ini disebabkan karena
pada fraksi partikel 45% keatas ikatan matriknya menurun, dengan kata lain
matrik tidak lagi mampu mengikat partikel dengan baik.
49
Gambar. 4.6. Diagram batang regangan komposit partikel arang kayu jati dengan komposisi serbuk 60% suhu pengarangan 200ºC dan 40% serbuk suhu
pengarangan 300ºC
Regangan tertinggi dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume 45%, hal
ini menjadi menyimpang karena idialnya regangan tertinggi dimiliki oleh
komposit dengan fraksi volume partikel 54%. Menurut Djaprie (1991) komposit
partikel pada kayu memiliki kekuatan yang tidak sama dan beragam. Hal ini bisa
saja terjadi karena kayu memiliki sifat anistropik yaitu sifat tergantung arah. Jadi,
bisa saja pada susunan pada komposit dengan fraksi volume 45% seragam kearah
vertikal yang menyebabkan keuletan dari komposit ini lebih tinggi.
Gambar. 4.7. Grafik modulus plastis komposit partikel arang kayu jati dengan komposisi serbuk 60% suhu pengarangan 200ºC dan 40% serbuk suhu
pengarangan 300º
50
1. νf = 27% 2. νf = 36%
3. νf = 45% 4. νf = 54%
Gambar 4.8. Bentuk patahan uji tarik percobaan kedua
Pada percobaan kedua ini jenis bentuk patahannya sama dengan percobaan
pertama akan tetapi pada percobaan kedua ini semakin tinggi fraksi volume
partikel maka patahannya terlihat semakin kasar. Hal ini menggambarkan bahwa
ikatan matik pada fraksi volume partikel diatas 45% ikatannya semakin menurun
sehingga mengakibatkan menurunnya kekuatan komposit.
4.2. Hasil Pengujian Impak
Pada penelitian yang kedua ini juga dilakukan pengujian impak untuk
mengetahui keuletan material tersebut. Pengujian ini menggunakan 4 spesimen
pada tiap fariasinya untuk dilakukan perhitungan kekuatannya. Hasil
perhitungannya dapat kita lihat pada tabel 4.4.
51
Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Pengujian Impak Percobaan Kedua
Fraksi Serbuk
W (joule) Keuletan W (rata-rata
(joule)
Keuletan (rata-rata
joule/mm²)
100 % epoxy
0,20776 0,002364
0,220745 0,002408513 0,20776 0,002202 0,20776 0,002289 0,2597 0,002779
27%
0,31164 0,002968
0,324625 0,002945515 0,31164 0,002833 0,31164 0,002833 0,36358 0,003148
36%
0,31164 0,003148
0,324625 0,003100838 0,31164 0,002982 0,31164 0,002968 0,36358 0,003305
45%
0,36358 0,002754
0,38955 0,002979151 0,36358 0,003162 0,36358 0,002754 0,46746 0,003246
54%
0,31164 0,002397
0,33761 0,0024766 0,31164 0,002397 0,36358 0,002664 0,36358 0,002448
52
Gambar 4.9. Grafik tenaga patah komposit partikel arang kayu jati dengan komposisi serbuk 60% suhu pengarangan 200ºC dan 40% serbuk suhu
pengarangan 300ºC
Dari grafik 4.9 dapat terlihat tenaga patah tertinggi dimiliki oleh komposit
dengan fraksi volume 45%, hal ini disebabkan karena ukuran dari spesimen ini
cenderung lebih besar dari pada spesimen yang lainnya.
Gambar 4.10. Grafik keuletan komposit partikel arang kayu jati dengan komposisi serbuk 60% suhu pengarangan 200ºC dan 40% serbuk suhu pengarangan 300ºC
Berdasarkan tabel dan grafik 4.10 dapat diketahui keuletan tertinggi pada
komposit dengan fraksi partikel 36 % yaitu sebesar 0,0031 (joule/mm²). Pada
pengujian ini komposit cenderung memiliki kekuatan yang merata pada setiap
53
percobaan. Pada fraksi volume partikel 45% kekutan komopsit lebih rendah dan
semakin menurun pada fraksi volume partikel 54%, hal ini disebabkan karena
pada komposisi tertentu penambahan partikel partikel akan menurunkan kekuatan
komposit. Hal ini sangat berbeda pada komposit partikel fiber, pada fiber
kekuatannya lebih tinggi dari pada komposit yang dihasilkan sedangkan pada
partikel partikel tidak mempunyai kekuatan karena tidak ada ikatan antara partikel
yang satu dengan partikel yang lainnyan. Untuk mengetahui jenis patahannya
dapat dilihat pada gambar 4.11.
54
1. νf = 27% 2. νf = 36%
3. νf = 45% 4. νf = 54%
5. epoxy
Gambar 4.11.Penampang patahan pengujian impak
Jika dilihat dari bentuk patahannya pada pengujian impak ini bentuk
patahannya juga sama dengan pengujian tarik sebelumnya, yaitu patah campuran.
Pada pengujian impak semakin tinggi fraksi volume parikel maka bentuk
patahannya semakin kasar, hal ini menandakan bahwa ikatan antar partikel
dengan matrik semakin melemah yang berakibat pada menurunnya kekuatan pada
komposit itu sendiri.
55
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setalah menganalisis data yang yelah diperoleh maka diperoleh
disimpulkan sebagai berukut :
1. Setelah melakukan pengujian, komposisi partikel terbaik adalah paduan
komposisi 60% partikel dengan suhu pengarangan 200°C dan 40% partikel
dengan suhu pengarangan 400°C.
2. Kekuatan tarik komposit dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume
partikel 36% sebesar 22,79 MPa.
3. Keuletan komposit terbaik dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume
partikel 45% dengan kekuatan 0,0029 joule/mm².
56
5.2 Saran
penelitian yang telah dilakukan ini tentunya masih ada kekurangan masih
bisa dikembangkan lebih lanjut, karena itu penulis memberikan beberapa saran
sebagai berikut :
1. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat memperbanyak jenis fariasi
yang digunakan.
2. Bagi yang ingin mengambil tugas komposit diharapkan dapat mencoba
dengan serbuk kayu jenis lainnya, misalkan kayu lapis.
3. Pengujian yang dilakukan diharapkan lebih berfariasi lagi agar data yang
didapatkan lebih lengkap.
4. Jenis resin yang digunakan dapat difariasikan lagi karena masih ada banyak
jenis resin lainnya yang memungkinkan lebih baik dari epoxy, misalnya
Phenolic.
58
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 1987, Annual Book of ASTM Standart, American Society For Testing Material, Philadelpia.PA.
Anonim, 2007, Pengaruh Temperatur Dan Lama Curing Terhadap Kekuatan Kompresi Pada Komposit Semen Serbuk Kayu, Universitas Sumatra Utara
Arancon RN Jr. 1997. Asia Pacific Forestry Sector Outlook: Focus on Coconut Wood. Working Paper Series. Asian and Pacific Coconut Community. Bangkok. p 1-36.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 1999. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia : Impor. Jakarta
Kilduff J, 1994, Engineering Materials Technology, Prentice Hall, New
Jersey Febrianto F. 1999. Preparation And Properties Enhancement Of Moldable
Wood – Biodegradable Polymer Composites. [Disertasi]. Kyoto: Kyoto University, Doctoral Dissertation.Division of Forestry and Bio-material Science. Faculty of Agriculture. Tidak dipublikasikan.
Findasari TA. 2006. Komposit Berpenguat Partikel Tempurung Kelapa Sawit Dengan Resin Arindo Butek 3210 Sebagai Pengganti Alternatif Kampas Rem. Tugas Akhir. Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Fruhwald A, Peek RD and Schulte M. 1992. Utilization of Coconut Timber from North
Sulawesi, Indonesia. Research Report. Hamburg. 352 p.
Ginting A. 2007. Pengaruh Kadar Air dan Jarak Antar Paku Terhadap Kekuatan Sambungan Kayu Kelapa. Universitas Janabadra Yogyakarta.
Hadi, B.K., 2000, Mekanika Struktur Komposit, Departemen Pendidikan Nasional,
Jakarta.
Han GS. 1990. Preparation and Physical Properties Of Moldable Wood Plastic Composites. [Disertasi]. Kyoto: Kyoto University. Departement Of Wood Science and Technology, Faculty of Agriculture.
59
Han GS, Shiraishi N. 1990. Composites of wood and polypropylen IV. Wood Research Sociaty at Tsubuka 36(11): 976-982.
Jones, R.M, 1975, Mechanics of Composite Material, MC Graw Hill, New York.
Killmann W. 1988. How to Process Coconut Palm Wood. Vieweg Verlag. Braunschwerg. 76 p
Oksman K, Clemons C. 1997. Effect of elastomers and coupling agent on impact performance of wood flour-filled polypropilene. Di dalam: Fourth International Conference on Woodfiber-Plastic Composites. Madison, 12 –14 Mei 1997. Wisconsin: Forest Product Sociaty. hlm 144-155.
Modul Praktikum Uji Keausan 2007. Laboraturium Logam Jurusan Teknik Mesin Universitas Gajah Mada Yogyakarta.
Priyono SKS. 2001. Komitmen Berbagai Pihak dalam Menanggulangi Illegal
Logging. Konggres Kehutanan Indonesia III. Jakarta.
Purwanto D, Samet, Mahfuz, dan Sakiman. 1994. Pemanfaatan Limbah Industri Kayu lapis untuk Papan Partikel Buatan secara Laminasi. DIP Proyek Penelitian dan Pengembangan Industri. Badan Penelitian dan Pengembangan Industri. Departemen Perindustrian. Banjar Baru
Santoso AB. 2007. Pengaruh Perlakuan Kimia Serat Widuri (Calotropis gigantea)
Terhadap Sifat Mekanis Komposit. Tuagas Akhir. Fakultas Sain Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Sasse HR, Lehmkamper O, Kwasny-Echterhagen R. 1995. Polymer granulates for
masonry mortars and outdoor plaster. Di dalam: Ohama Y, editor. Disposal and Recycling of Organic and Polymeric Construction Materials. Proceeding of the International RILEM Workshop. Tokyo: 26-28 Maret 1995. Chapman & Hall. hlm 75-85.
Sriati Djapri, 1991, Ilmu Dan Teknologi Bahan, Erlangga, Jakarta.
60
Strak NM, Berger MJ. 1997. Effect of particle size on properties of wood-flour reinforced polypropylene composites. Di dalam: Fourth International Conference on Woodfiber-Plastic Composites. Madison, 12 –14 Mei 1997. Wisconsin: Forest Product Sociaty. hlm 134-143.
Sulaeman, R. 2003. Deteriorasi Komposit Serbuk Kayu Plastik Polipropilena Daur Ulang Oleh Cuaca Dan Rayap. [Thesis] Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor (tidak dipublikasikan)
Surdia T, 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, Institut Teknologi Bandung.
Setyawati D, 2003, Teknologi Alternatif Pemanfaatan Limbah Kayu Dan Plastik, Makalah Filsafah Sains, Institut Pertanian Bogor.
Syahfitrie, C. 2001. Analisis Aspek Sosial Ekonomi Pemanfaatan Limbah Plastik. [Thesis] Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor (tidak dipublikasikan)
Van Vlack, L.H, 1985, Ilmu dan Teknologi Bahan, Edisi Kelima, Erlangga, Jakarta.
[YBP] Yayasan Bina Pembangunan. 1986. Barometer Bisnis Plastik Indonesia. Jakarta.
Youngquist JA. 1995. Unlikely partners? the marriage of wood and non wood materials. Forest Product Journal 45(10): 25-30.
57
LAMPIRAN
61
Lampiran 2. Hasil perhitungan pengujian tarik pertama
Fariasi komposisi serbuk 300 C No
Tebal (mm)
Lebar (mm)
Luas (mm²)
Beban P (Kg)
συ
(MPa) Lo
(mm)∆L
(mm)ε
(%) Modulus Young (MPa)
σ (rata‐rata)
(MPa)ε (rata‐rata)
(%)
Modulus Young (rata‐rata)
(MPa)
0% 1 4 12,5 50 70,7 14,10 60 0,60 1,00 14,10
15,20 0,94 16,10 2 4 12,5 50 74,4 14,80 60 0,55 0,91 16,203 4,1 12,5 51,25 85,2 16,60 60 0,55 0,91 18,10
40% 1 4,3 12,7 54,61 115,6 21,10 60 0,55 0,91 23,00
20,90 0,97 21,80 2 4,3 12,7 54,61 129,4 23,60 60 0,55 0,91 25,803 4,3 12,8 55,04 98,5 17,80 60 0,65 1,08 16,50
50% 1 4,1 12,5 51,25 99,2 19,30 60 0,55 0,91 21,10
16,50 0,80 20,70 2 4,2 12,7 53,34 85,5 16,00 60 0,40 0,66 24,003 4,1 12,5 51,25 72,5 14,10 60 0,50 0,83 16,90
60% 1 4,2 12,8 53,76 71,4 13,20 60 0,50 0,83 15,90
15,10 0,86 17,70 2 4,1 12,7 52,07 93,2 17,80 60 0,50 0,83 21,403 4,6 13 59,8 86,1 14,30 60 0,55 0,91 15,70
100% 1 4,5 12,5 56,25 75,5 13,40 60 0,30 0,50 26,80
13,30 0,77 18,60 2 4,2 12,5 52,5 64,5 12,20 60 0,50 0,83 14,703 4,1 12,6 51,66 73,9 14,30 60 0,60 1,00 14,30
100 % epoxy
1 6,2 13,1 81,22 150,5 18,50 57 5,15 9,03 2,0018,70 5,76 37,00 2 6,8 13,2 89,76 170,3 18,90 57 2,65 4,64 4,00
3 6,3 13 81,9 154,7 18,80 57 2,05 3,59 5,20
62
Lampiran 3. Data hasil perhitungan pengujian tarik kedua
Fraksi Serbuk No Tebal
(mm) Lebar (mm)
Luas (mm²)
Beban (Kg)
συ
(MPa) Lo
(mm) ∆L
(mm) ε
%)
Modulus Young (MPa)
σ (rata‐rata) (MPa)
ε (rata‐rata) %
Modulus Young
(rata‐rata) (MPa)
27%
1 4,1 12,5 51,25 95,9 18,71 60 0,6 1,00 18,71
18,49 0,89 20,82 2 4 12,5 50 103 20,60 60 0,5 0,83 24,723 4 12,5 50 79,4 15,88 60 0,55 0,91 17,324 4 12,5 50 93,9 18,78 60 0,5 0,83 22,53
36%
1 4,5 12,7 57,15 122,3 21,39 60 0,55 0,91 23,34
22,79 0,89 25,44 2 4,2 12,6 52,92 140,6 26,56 60 0,55 0,91 28,983 4,3 12,8 55,04 116,6 21,18 60 0,5 0,83 25,424 4,3 12,8 55,04 121,2 22,02 60 0,55 0,91 24,02
45% 1 4,3 12,7 54,61 115,6 21,16 60 0,55 0,91 23,09
20,91 0,97 21,82 2 4,3 12,8 55,04 98,5 17,89 60 0,65 1,08 16,513 4,3 12,7 54,61 129,4 23,69 60 0,55 0,91 25,84
54%
1 5,8 12,7 73,66 169,9 23,06 60 0,5 0,83 27,67
17,80 0,85 21,02 2 5,8 13 75,4 179,9 23,85 60 0,5 0,83 28,633 6,4 13 83,2 103,7 12,46 60 0,55 0,91 13,594 6,5 12,9 83,85 99,2 11,83 60 0,5 0,83 14,19
63
Lampiran 4. Hasil perhitungan pengujian impak
Fraksi Serbuk
Tebal (mm)
Lebar (mm)
Luas (mm²)
G,R α β g cos α cos β cos β ‐ cos α
W (joule) Keuletan W (rata‐
rata (joule)
Keuletan (rata‐rata joule/mm²)
100 % epoxy
8,7 10,1 87,87 0,53 147 142,5 9,8 ‐0,83 ‐0,79 0,04 0,20776 0,002364
0,220745 0,002408513 8,5 11,1 94,35 0,53 147 142,5 9,8 ‐0,83 ‐0,79 0,04 0,20776 0,0022028,9 10,2 90,78 0,53 147 143 9,8 ‐0,83 ‐0,79 0,04 0,20776 0,0022898,9 10,5 93,45 0,53 147 141,5 9,8 ‐0,83 ‐0,78 0,05 0,2597 0,002779
27%
10 10,5 105 0,53 147 141 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,002968
0,324625 0,002945515 11 10 110 0,53 147 140,5 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,00283311 10 110 0,53 147 142 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,00283311 10,5 115,5 0,53 147 140 9,8 ‐0,83 ‐0,76 0,07 0,36358 0,003148
36%
9,9 10 99 0,53 147 142 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,003148
0,324625 0,003100838 11 9,5 104,5 0,53 147 141 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,00298210 10,5 105 0,53 147 141 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,00296810 11 110 0,53 147 140 9,8 ‐0,83 ‐0,76 0,07 0,36358 0,003305
45%
12 11 132 0,53 147 140 9,8 ‐0,83 ‐0,76 0,07 0,36358 0,002754
0,38955 0,002979151 11,5 10 115 0,53 147 140 9,8 ‐0,83 ‐0,76 0,07 0,36358 0,00316212 11 132 0,53 147 139,5 9,8 ‐0,83 ‐0,76 0,07 0,36358 0,00275412 12 144 0,53 147 138 9,8 ‐0,83 ‐0,74 0,09 0,46746 0,003246
54%
13 10 130 0,53 147 141 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,002397
0,33761 0,0024766 13 10 130 0,53 147 142 9,8 ‐0,83 ‐0,77 0,06 0,31164 0,00239713 10,5 136,5 0,53 147 140 9,8 ‐0,83 ‐0,76 0,07 0,36358 0,002664
13,5 11 148,5 0,53 147 141,5 9,8 ‐0,83 ‐0,76 0,07 0,36358 0,002448
64
1. Komposit dengan 2. Komposit dengan 3. Komposit dengan100% serbuk 40% serbuk 50% serbuk pengarangan 200°C. pengarangan 300°C pengarangan 300°C
4. Komposit dengan 5. Komposit dengan 6. Epoxy 100% serbuk 40% serbuk pengarangan 200°C. pengarangan 300°C
Grafik Hasil Pengujian Tarik Pertama
65
1.υf : 27% 2.υf : 36%
3.υf : 45% 4.υf : 56%