Laporan Pengujian Komposite Fiber

 

BAB I

DASAR TEORI

 

1.1 Pengertian Komposit

Indonesia mempunyai kekayaan sumber daya alam serat alam yang melimpah dan yang belum dapat dimanfaatkan secara optimal. Bahan baku ini mempunyai sifat–sifat yang berbeda dengan material lain, sehingga perlu memerlukan penelitian dan pengembangan mulai dari penyiapan bahan, teknologi proses sampai proses manufaktur. Pengembangan teknologi komposit hijau dengan memanfaatkan serat alam dan limbah pertanian perkebunan akan membantu mengatasi kelangkaan bahan baku industri otomotif, sekaligus turut mencegah kerusakan lingkungan. Produk-produk komposit ini digunakan untuk bahan baku bangunan, industri, dan otomotif.

Komposit dari bahan serat (fibrous composite) terus diteliti dan dikembangkan guna menjadi bahan alternatif pengganti bahan logam, hal ini disebabkan sifat dari komposit serat yang kuat, dan mempunyai berat yang lebih ringan dibandingkan dengan logam, komposit merupakan perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda menjadi satu material baru yang berbeda, dan memiliki properties lebih baik dari keduanya

Penggunaan komposit berbahan serat alam di bidang industri otomotif mengalami perkembangan yang sangat pesat. Pesatnya perkembangan komposit serat alam mengakibatkan tergesernya keberadaan bahan sintetis yang biasa digunakan sebagai penguat komposit, seperti serat gelas, karbon, kevlar, silikon karbida, alumunium oksida, dan boron.

Serat nanas adalah salah satu jenis serat yang berasal dari tumbuhan (vegetable fibre) yang diperoleh dari tanaman nanas. Penggunaan serat nanas sebagai bahan komposit merupakan salah satu alternatif dalam pembuatan komposit secara ilmiah, dimana serat nanas ini sudah terkenal akan kekuatannya.seperti aluminium Sementara itu, penggunaan serat alami sebagai pengisi atau penguat pada bahan komposit disebabkan karena melimpahnya jenis tanaman penghasil serat, khususnya di Indonesia, sehingga membuat para peneliti tertarik untuk mengembangkan material komposit menggunakan serat alam. Material komposit yang berasal dari serat alam kekuatannya tidak kalah dengan material komposit dari logam[3].

Nanas atau Ananas comosus merupakan salah satu alternatif tanaman penghasil serat yang selama ini hanya dimanfaatkan buahnya sebagai sumber pangan, sedangkan daun nanas dapat dimanfaatkan sebagai bahan penghasil serat tekstil[4]. Dari penelitian yang telah dilakukan oleh Mujiono dan Didik diperoleh bahwa serat daun nanas memiliki kekuatan tarik hampir dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan fiberflass, yaitu 42,33 kg/mm2 untuk serat nanas, dan 21,65 kg/mm2 untuk fiberglass. Dengan demikian serat daun nanas memiliki potensi untuk digunakan sebagai penguat dalam material komposit.

Komposit didefinisikan sebagai gabungan serat-serat dan resin. Penggabungannya sangat beragam, fiber atau serat ada yang diatur memanjang (unidirectional composites), ada yang dipotong-potong kemudian dicampur secara acak (random fibers), ada yang dianyam silang lalu dicelupkan dalam resin (cross-ply laminae), dan lainnya. Lembaran komposit disebut sebagai lamina, Serat yang dipakai seperti di industri pesawat terbang biasanya terbuat dari karbon dan gelas, sedangkan resinnya adalah epoxy, sejenis polimer. Tebal lamina untuk komposit serat karbon adalah 0.125 mm. Komposit karbon/epoxy ini dibuat dari pre-impregnation ply atau pre-preg.

Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai lamina.

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu

1.      Penguat (reinforcement)

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Reinforcement biasanya adalah berupa serat fiber. Serat fiber memiliki panjang yang sangat besar dibandingkan diameternya. Rasio l/d (length-to-diameter) disebut sebagai aspek rasio dan dapat berubah-ubah dengan perubahan yang sangat besar. Jenis-jenis dari reinforcement (penguat) yaitu partikel, lamel, skeleton, dan fiber.

Reinforcement mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih rigid serta lebih kuat, dalam penelitian kali ini penguat komposit yang digunakan yaitu dari serat glass.

2.      Matriks

Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :

a.       Mentransfer tegangan ke serat.

b.      Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat.

c.       Melindungi serat.

d.      Memisahkan serat.

e.       Melepas ikatan.

f.       Tetap stabil setelah proses manufaktur.

Matriks umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah.

Klasifikasi Komposit

·         Berdasarkan Matriks yang digunakan

a.       MMC : Metal Matriks Composite (menggunakan matriks logam)

b.      CMC : Ceramic Matriks Composite (menggunakan matriks ceramic)

c.       PMC : Polymer Matriks Composite (menggunakan matriks polymer)

PMC (Polymer Matriks Composite) merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit. Karena memiliki sifat yang lebih tahan karat, korosi dan lebih ringan. Matriks polymer terbagi 2 yaitu termoset dan termoplastik Perbedaannya polymer termoset tidak dapat didaur ulang sedangkan termoplastik dapat didaur ulang sehingga lebih banyak digunakan belakangan ini.

Jenis-jenis termoplastik yang biasa digunakan : polypropylene (PP), polystryrene (PS), polyethylene (PE), dll. Berikut lambang dari masing2 jenis polymer.

 

·         Berdasarkan strukturnya

a.       Particulate Composite Materials (komposit partikel) merupakan jenis Komposit yang menggunakan partikel/butiran sebagai filler (pengisi). Partikel berupa logam atau non logam dapat digunakan sebagai filler.

b.      Fibrous Composite Materials (komposit serat) terdiri dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan serat.

c.       Structural Composite Materials (komposit berlapis) terdiri dari sekurang-kurangnya dua material berbeda yang direkatkan bersama-sama. Proses pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masing-masing lapisan untuk memperoleh bahan yang berguna.

 

Keuntungan Komposit Dibandingkan Metal

·         Ringan

·         Tahan terhadap korosi

·         Ketahanan tinggi terhadap cacat fatigue

·         Mengurangi proses permesinan

·         Bentuk tapered dan kontur compound mudah direalisasi

·         Fiber dapat diarahkan untuk memenuhi arah pembebanan

·         Mengurangi jumlah part assemblies dan fastener

·         Menyerap gelombang micro radar (stealth capability)

·         Muai panas mendekati nol sehingga mengurangi permasalahan thermal pada penggunaan outerspace.

 

Kerugian Komposit Vs Metal

·         Harga material yang mahal

·         Lack of established design allowables

·         Permasalahan korosi dapat ditimbulkan oleh adanya pasangan yang tidak benar dengan metal, khusunya ketika carbon atau graphite (penting untuk di sealing)

·         Penurunan properti struktural oleh pengaruh temperatur yang ekstreme dan kondisi kelembaban

·         Lemah dalam penyerapan energi dan cacat impact

·         Memerlukan perlindungan terhadap petir

·         Metode inspeksi yang mahal dan rumit

·         Reliable detection of substandard bonds is difficult

·         Deteksi dapat mengetahui keberadaan cacat namun sulit menentukan dengan tepat

 

Material Komposit didefinisikan sebagai kombinasi dari material-material yang berbeda. Dengan tujuan tidak hanya mengkombinasikan property nya ( additive effect ), namun juga untuk menciptakan property yang baru ( synergetic effect ).

Tingkat bahan bakar yang digunakan oleh pesawat dan total emisi yang dihasilkan adalah tergantung dari tingginya berat total pesawat itu sendiri. Maka dari itu dari masa ke masa para peneliti berusaha untuk menemukan bahan yang lebih ringan. Dan ditemukan lah material komposit yang dianggap lebih tahan korosi dibandingkan dengan aluminium dan lebih ringan pula.

Pesawat pertama yang terbang dengan menggunakan material komposit adalah pesawat F-14 buatan Grumman, dengan menggunakan material komposit ( fiber-boron) pada kotak stabilisator horizontal . Pada perkembangan selanjutnya, material komposit mulai diterapkan pada bagian – bagian pesawat lainnya. Pengurangan berat dengan menggunakan material komposit bisa mencapai 15% – 20%.

Dalam banyak kasus, reinforcement lebih kuat, keras dan kaku daripada matrix. Reinforcement biasanya adalah berupa serat fiber. Serat fiber memiliki panjang yang sangat besar dibandingkan diameternya. Rasio l/d (length-to-diameter) disebut sebagai aspek rasio dan dapat berubah-ubah dengan perubahan yang sangat besar. Continuous fibers memiliki aspek rasio yang panjang sedangkan discontinuous  fibers  memiliki aspek rasio yang pendek.

Tipe-tipe Reinforcement Khusus

Komposit didefinisikan sebagai gabungan serat-serat dan resin. Penggabungannya sangat beragam, fiber atau serat ada yang diatur memanjang (unidirectional composites), ada yang dipotong-potong kemudian dicampur secara acak (random fibers), ada yang dianyam silang lalu dicelupkan dalam resin (cross-ply laminae), dan lainnya.

Menurut bentuk material penyusunnya, komposit dapat dibedakan menjadi lima jenis, (M.M Schwartz, 1984) yaitu :

1. Komposi serat (Fibrous composite)

2. Komposi laminat (Laminate composite)

3. Komposi sketal (Filled)

4. Komposi serpih (Flake)

5. Komposi partikel (Particulate composite)

Lembaran komposit disebut sebagai lamina, Serat yang dipakai seperti di industri pesawat terbang biasanya terbuat dari karbon dan gelas, sedangkan resinnya adalah epoxy, sejenis polimer. Tebal lamina untuk komposit serat karbon adalah 0.125 mm. Komposit karbon/epoxy ini dibuat dari pre-impregnation ply atau pre-preg.

Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat.

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:

1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih rigid serta lebih  kuat, dalam penelitian kali ini penguat komposit yang digunakan yaitu dari serat glass.

2. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah.

Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu :

1. Fibrous Composites ( Komposit Serat ) Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.

2. Laminated Composites ( Komposit Laminat ) Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.

3. Particulalate Composites ( Komposit Partikel ) Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.

Material komposit bisa di beri gaya (kompresi maupun Tension) dengan cara isostrain ( searah serat) dan Isostress ( tegak lurus dengan serat)

Isostrain

 

Beban yang dikenakan pada komposit (Pc) terbagi menjadi 2 fase, yaitu menjadi Pc = Pf + Pm, dan baik itu regangan fiber ataupun regangan matrix nya sama dengan regangan komposit, εc = εf = εm (ini adalah kondisi isostrain). sebagaimana kita ketahui sebelumnya bahwa stress = load/area, maka :

Rumus Voigt estimate, tapi lebih familiar dengan sebutan the rule of mixture

Isostress

Model isostress menyatakan bahwa, σc = σf = σm. total perpanjangan dari model adalah jumlah dari perpanjangan 2 komponen (fiber dan matrix) :

Rumus ini dinamakan Reuss estimate, kadang-kadang disebut dengan the inverse rule of mixtures dimana

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

 

 

 

 

 

 

BAB II

METODE PRAKTIKUM

 

2.1 Alat-Alat

No	Nama alat	Keterangan	Gambar
1	Mesin uji tarik	Untuk  melakukan pengujian terhadap spesimen komposit
2	Jangka Sorong	Mengukur dimensi spesimen yang akan diuji coba
3	Cetakan spesimen	Untuk mencetak lapisan resin dan fiberglass
4	Kuas	Meratakan campuran resin dan katalis keatas lembaran serat fiber
5	Cutter	Untuk memotong cetakan resin dan fiberglass

 

2.2 Bahan-Bahan

No	Nama Bahan	Keterangan	Gambar
1	Resin	Perekat/matriks
2	Epoxy	Perekat/matriks
3	Fiber	Filler dalam pembuatan komposit
4	Katalis	Sebagai bahan campuran dengan matriks untuk mempercepat pengerasan

2.3 Langkah Kerja Uji Tarik

1.      Periksa kelengkapan dan kesiapan mesin uji tarik.

2.      Nyalakan software pembantu mesin uji tarik.

3.      Setting software sesuai dengan data (material , dimensi spesimen)  yang akan diukur

4.      Buka chuck mesin yang akan digunakan untuk menjepit spesimen.

5.      Jepit spesimen dengan baik agar tidak terjadi slip yang dapat mempengaruhi hasil pengujian.

6.      Setting atau atur cengkraman spesimen.

7.      Pastikan software telah diatur dengan benar.

8.      Nyalakan mesin uji tarik.

9.      Setelah spesimen putus, catat data pengujian yang ditunjukan software.

10.  Lalu lepas spesimen yang telah putus kemudian ganti dengan spesimen yang lain.

2.4 Langkah Kerja Pembuatan Komposit

1.      Potong lembaran serat fiber sesuai ukuran yang diinginkan sebanyak tiga buah

2.      Potong lembaran Lapisi cetakan spesimen dengan wagz

3.      Atur ketiga lembar serat fiber tersebut dalam cetakan membentuk lapisan

4.      Kemudian tuang campuran resin dan katalis ke dalam cetakan, ratakan

5.      Biarkan campuran sampai setengah mongering

6.      Lalu ambil cetakan spesimen. Dengan menggunakan cutter buat pola cetakan diatas campuran yang sudah agak mengering tersebut.

7.      Apabila sudah mengering, lepaskan spesimen dan siap untuk diuji.

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB III

ANALISA DAN PEMBAHASAN

 

3.1 Analisa Data dan Pembahasan

Data Spesimen Uji:

1.Custumer：Rixine               2.Test Date：2021-12-16,13:46:34

3.Lot No.：00000001            4. Material Name：Sepeda C

5.Operator：Mingo                6.Material：Rubber

7.Test Speed：5.000mm/min

 

1.      Material Komposit Epoxy

Grafik 3- 1 Tegangan vs Regangan

Grafik 3- 2 Tegangan vs Regangan

Grafik 3-3 Grafik gaya Maksimum

1.       Material Komposit Fiber 45^o

 

Grafik 3- 4 Tegangan vs Regangan

Grafik 3- 5 Tegangan vs Regangan

Grafik 3- 6 Gaya Maksimum

2.       Material Komposit Polyester

Grafik 3- 7 Tegangan vs Regangan

Grafik 3- 8 Tegangan vs Regangan

Grafik 3- 9 Gaya Maksimi

Pada praktikum uji tarik dapat diketahui nilai-nilai dari:

Gaya Maksimum                                 = 4897.141 N

Modulus Young                                  = 973770513.171 Pa

Tensile Strength                                  = 128872129.645 Pa

Kekuatan saat patah                            = 128872129.645 Pa

Elongasi Maksimum                            = 14.951 %

Elongasi Saat Patah                            = 14.951 %

Maximum Flexural Strength               = 1726469.909 kPa

Flexural modulus of elastisitas            = 122439832.152 kPa

Dari data-data grafik dan tabel yang didapat dari hasil uji tarik material komposit epoxy, fiber, dan polyester memiliki nilai yang sama. Hal ini dapat terjadi karena adanya kesalahan pada saat pengoperasian program uji tarik pada komputer.

BAB IV

KESIMPULAN

 

            Komposit didefinisikan sebagai gabungan serat-serat dan resin. Penggabungannya sangat beragam, fiber atau serat ada yang diatur memanjang (unidirectional composites), ada yang dipotong-potong kemudian dicampur secara acak (random fibers), ada yang dianyam silang lalu dicelupkan dalam resin (cross-ply laminae), dan lainnya. Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam.

            Pengujian tarik yaitu pengujian yang bertujuan untuk mendapatkan gambaran tentang sifat-sifat dan keadaan dari suatu logam. Pengujian tarik dilakukan dengan penambahan beban secara perlahan-lahan, kemudian akan terjadi pertambahan panjang yang sebanding dengan gaya yang bekerja.

            Cara melakukan proses uji tarik yaitu periksa kelengkapan dan kesiapan mesin uji tarik, nyalakan software pembantu mesin uji tarik, setting software sesuai dengan data (material , dimensi spesimen)  yang akan diukur, buka chuck mesin yang akan digunakan untuk menjepit spesimen, jepit spesimen dengan baik agar tidak terjadi slip yang dapat mempengaruhi hasil pengujian, setting cengkraman spesimen, pastikan software telah diatur dengan benar, nyalakan mesin uji tarik, Setelah spesimen putus, catat data pengujian yang ditunjukan software, lalu lepas spesimen yang telah putus kemudian ganti dengan spesimen yang lain.

Pada praktikum uji tarik dapat diketahui nilai-nilai dari gaya maksimum yaitu 4897.141N, modulus young yaitu 973770513.171 Pa, tensile strength yaitu 128872129.645 Pa, kekuatan saat patah yaitu 128872129.645 Pa, elongasi maksimum yaitu 14.951 %, elongasi saat patah yaitu 14.951 %, maximum flexural strength yaitu 1726469.909 kPa, flexural modulus of elastisitas       yaitu 122439832.152 kPa

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Niyanti, dkk, 2014, Laporan Praktikum Uji Tarik Komposit, Hal. 1

Nurul, Fajriah, 2013, Laporan Praktikum Komposit Matlab, Hal. 2-6

Supriatna, Ari, dkk, 2020, Pengembangan Komposit Epoxy Berpenguat Serat Nanas Untuk Aplikasi Interior Mobil, Vol. 8, No. 2, Hal. 89

Wilma, Eka, 2016, Tugas Akhir Laporan Uji Tarik Komposit Hal. 3-7