Upload
others
View
8
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
i
KARAKTERISTIK BENDING KOMPOSIT
SERAT PANDAN DURI – MATRIK RESIN EPOKSI
SEBAGAI BAHAN DASAR PEMBUATAN BUMPER MOBIL
Skripsi
diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
Oleh
Gesit Handika Majid
NIM.5201414093
PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2019
ii
iii
iv
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Motto
1. Tidak ada hasil yang mengecewakan bila kamu meraihnya dengan sunguh-
sungguh.
2. Jangan pernah kamu merasa tidak mampu bila kamu belum mencobanya.
Persembahan
Karya ini saya persembahkan untuk :
1. Ibu Setyati Sri Utami dan Bapak Suratman (Alm), orang tua yang selalu
memberikan kasih sayang dengan tulus, doa serta semangat yang tanpa batas,
semoga Allah SWT senantiasa membalas semua pengorbanan itu melebihi apa
yang telah kalian berikan kepada penulis.
2. Kakak, adik, dan sahabat yang selalu memberikan semangat dan motivasi.
3. Teman-teman Teknik Mesin UNNES 2014.
vi
ABSTRAK
Majid, Gesit Handika, 2018. Karakteristik Bending Komposit Serat Pandan Duri
– Matrik Resin Epoksi Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Bumper Mobil. Skripsi.
Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
Pembimbing Dr. Heri Yudiono, S.Pd., M.T.
Inovasi yang sedang banyak dikembangkan adalah penggunaan bahan
komposit dengan berbahan baku serat alam (natural fiber). Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui kekuatan bending pada komposit serat pandan duri sebelum
diaplikasikan untuk bahan dasar pembuatan bumper mobil. Desain penelitian
menggunakan true eksperimental design dengan tipe posttest-only control design,
terdapat dua kelompok pada penelitian.
Hasil penelitian menunjukkan adanya peningkatan nilai bending dengan
penyusunan orientasi serat yang berbeda. Pada kelompok eksperimen nilai yang
optimal diperoleh beban maksimum bending sebesar 160 Newton, tegangan
maksimum bending sebesar, 85,8 N/mm2, dan modulus elastisitas bending sebesar
1,9 GPa terdapat pada orientasi serat (0°/0°/0°/0°). Pada kelompok kontrol bumper
mobil Toyota Avanza nilai yang diperoleh beban maksimum bending 62,67
Newton, tegangan maksimum bending sebesar 33,7 N/mm2, dan modulus elastisitas
bending sebesar 0,9 GPa. Kemudian untuk nilai defleksi bending kelompok kontrol
diperoleh sebesar 33,8 mm dan dari kelompok eksperimen yang optimal diperoleh
sebesar 4,67 mm terdapat pada orientasi serat (0°/+30°/0°/+30°). Kesimpulannya
bahwa komposit serat pandan duri dapat digunakan sebagai bahan alternatif
pembuatan bumper mobil.
Kata Kunci: komposit, serat pandan duri, bending, bumper mobil
vii
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i
PERSETUJUAN PEMBIMBING ....................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii
PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ...................................................................... v
ABSTRAK .......................................................................................................... vi
PRAKATA .......................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2 Identifikasi Masalah ................................................................................ 4
1.3 Batasan Masalah...................................................................................... 4
1.4 Perumusan Masalah ................................................................................ 5
1.5 Tujuan Penelitian .................................................................................... 5
1.6 Manfaat Penelitian .................................................................................. 6
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ................................ 7
2.1 Kajian Pustaka ......................................................................................... 7
2.2 Landasan Teori ........................................................................................ 11
2.2.1 Komposit ........................................................................................ 11
2.2.1.1 Matrik Resin Epoksi ........................................................... 14
2.2.1.2 Reinforcement (Penguat) .................................................... 17
2.2.2 Pandan Duri .................................................................................... 19
2.2.3 Bumper ........................................................................................... 21
2.2.4 Fraksi Volume ................................................................................ 22
2.2.5 Uji Bending .................................................................................... 24
2.2.6 Foto Makro ..................................................................................... 27
ix
BAB III METODE PENELITIAN...................................................................... 29
3.1 Desain Penelitian ..................................................................................... 29
3.2 Alat dan Bahan Penelitian ....................................................................... 30
3.2.1 Alat Yang Digunakan Dalam Penelitian ........................................ 30
3.2.2 Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian ..................................... 31
3.3 Dimensi Benda Uji .................................................................................. 32
3.4 Alur Penelitian ........................................................................................ 34
3.5 Cara Penelitian ........................................................................................ 35
3.5.1 Pengambilan Serat Pandan Duri .................................................... 35
3.5.2 Pembuatan Cetakan Spesimen Benda Uji ...................................... 36
3.5.3 Pembuatan Spesimen Benda Uji .................................................... 37
3.5.4 Pemotongan Spesimen Benda Uji .................................................. 39
3.5.5 Pengujian Bending ......................................................................... 40
3.5.6 Foto Makro Patahan ....................................................................... 40
3.6 Parameter Penelitian................................................................................ 41
3.7 Teknik Pengumpulan Data ...................................................................... 41
3.8 Teknik Analisis Data ............................................................................... 42
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................... 44
4.1 Analisis Data ........................................................................................... 44
4.1.1 Hasil Pengujian Bending ................................................................ 44
4.1.2 Hasil Pengamatan Foto Makro ....................................................... 57
4.2 Pembahasan ............................................................................................. 62
4.2.1 Analisis Hasil Kekuatan Bending .................................................. 62
4.2.2 Analisis Bentuk Penampang Patah ................................................ 64
BAB V PENUTUP .............................................................................................. 66
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 66
5.2 Saran ........................................................................................................ 67
DAFATAR PUSTAKA ...................................................................................... 68
LAMPIRAN ........................................................................................................ 71
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Resin Epoksi ..................................................................... 16
Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serat Pandan Duri .................................................. 20
Tabel 3.1 Nilai Bending Spesimen dan Bumper ................................................. 42
Tabel 4.1 Nilai Beban Maksimum Bending ........................................................ 44
Tabel 4.2 Nilai Tegangan Maksimum Bending .................................................. 47
Tabel 4.3 Nilai Modulus Elastisitas Bending ...................................................... 50
Tabel 4.4 Nilai Defleksi Bending ........................................................................ 52
Tabel 4.5 Nilai Hasil Sudut Patahan Bending ..................................................... 55
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan Klasifikasi Material Komposit ............................................. 11
Gambar 2.2 Daun Pandan Duri ........................................................................... 19
Gambar 2.3 Hasil Kerajinan Dari Daun Pandan Duri ......................................... 20
Gambar 2.4 Bumper Depan Mobil ...................................................................... 22
Gambar 2.5 Three Point Bending........................................................................ 25
Gambar 2.6 (a) dan (b) Foto Makro Menggunakan SEM ................................... 28
Gambar 3.1 Mesin Uji Bending .......................................................................... 30
Gambar 3.2 Alat Uji Foto Makro ........................................................................ 31
Gambar 3.3 Serat Pandan Duri............................................................................ 31
Gambar 3.4 Resin Epoksi .................................................................................... 32
Gambar 3.5 Dimensi Spesimen Standar ASTM D 790....................................... 32
Gambar 3.6 Spesimen Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/0°/0°/0°) .............. 33
Gambar 3.7 Spesimen Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/+30°/0°/+30°) ..... 33
Gambar 3.8 Spesimen Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/+60°/0°/+60°) ..... 33
Gambar 3.9 Spesimen Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/+90°/0°/+90°) ..... 33
Gambar 3.10 Diagram Alir Penelitian ................................................................ 34
Gambar 3.11 Daun Pandan Duri ......................................................................... 35
Gambar 3.12 Perendaman Daun Pandan Duri .................................................... 35
Gambar 3.13 (a) Sebelum Proses Pemisahan (b) Sesudah Pemisahan ............... 36
Gambar 3.14 Cetakan Spesimen Benda Uji ........................................................ 37
Gambar 3.15 Proses Susunan Serat ..................................................................... 38
Gambar 3.16 Spesimen Benda Uji ...................................................................... 38
Gambar 3.17 Proses Pemolesan Spesimen.......................................................... 39
Gambar 3.18 Spesimen Siap Uji ......................................................................... 39
Gambar 3.19 Pemasangan Spesimen Pada Mesin Uji ........................................ 40
Gambar 4.1 Grafik Nilai Beban Maksimum Bending ......................................... 46
Gambar 4.2 Grafik Nilai Tegangan Maksimum Bending ................................... 49
Gambar 4.3 Grafik Nilai Modulus Elastisitas Bending ....................................... 51
Gambar 4.4 Grafik Nilai Defleksi Bending......................................................... 54
Gambar 4.5 Grafik Nilai Sudut Patahan Bending ............................................... 56
Gambar 4.6 Patahan Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/0°/0°/0°).................. 58
xii
Gambar 4.7 Patahan Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/+30°/0°/+30°) ......... 59
Gambar 4.8 Patahan Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/+60°/0°/+60°) ......... 60
Gambar 4.9 Patahan Komposit Pandan Duri Orientasi (0°/+90°/0°/+90°) ......... 61
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Formulir Usulan Topik Skripsi
Lampiran 2. Usulan Dosen Pembimbing
Lampiran 3. Surat Tugas Dosen Pembimbing
Lampiran 4. Surat Tugas Dosen Penguji
Lampiran 5. Surat Izin Penelitian di Laboratorium Teknik Mesin FT UNNES
Lampiran 6. Grafik dan Data Hasil Uji Bending
Lampiran 7. Dokumentasi Pembuatan Spesimen
Lampiran 8. Dokumentasi Pengujian Komposit
Lampiran 9. Lembar Pernyataan Selesai Revisi
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Melihat perkembangan teknologi yang semakin pesat, manusia dituntut untuk
melakukan inovasi baru yang lebih modern. Inovasi yang sedang banyak
dikembangkan adalah penggunaan bahan komposit dengan berbahan baku serat
alam (natural fiber). Menurut Salahudin (2012) menyatakan bahwa penggunaan
serat alam sebagai bahan komposit memiliki beberapa kelebihan yang dimiliki,
diataranya memiliki sifat mekanik yang tinggi, dan biaya pembuatan yang relatif
murah. Penggunaan material komposit sudah dilakukan pada berbagai aspek
kebutuhan, mulai dari alat-alat sederhana hingga komponen pesawat antariksa.
Indonesia merupakan salah satu negara yang terletak dibenua Asia yang
beriklim tropis, sehingga Indonesia memiliki kekayaan alam yang melimpah salah
satunnya tanaman pandan duri (Pandanus tectorius). Pandan duri sebenarnya sudah
dimanfaatkan oleh masyarakat tetapi hanya dimanfaatkan sebagai industri kerajinan
tangan. Pemanfaatan pandan duri sendiri masih tergolong kurang maksimal karena
produk yang dihasilkan tergolong sederhana dan cenderung kurang menarik
sehingga masyarakat sulit memasarkan hasil produk tersebut.
Menurut Rahayu dan Handayani (2008) tanaman pandanus umumnya
merupakan pohon atau semak yang tegak, tingginya 3 – 7 m, bercabang, kadang
batang berduri, dengan akar tunjang sekitar pangkal batang. Daun umumnya besar,
panjang 2 – 3 m, lebar 8 – 12 cm, ujung daun lancip, tepi daun dan tulang daun
bagian bawah berduri, dan berwarna hijau muda – hijau tua. Serat daun pandan duri
2
memiliki kandungan Lignin (18-22 %), Selulosa (83-88%), Holoselulosa (37-76 %)
dimana lignin berfungsi sebagai perekat untuk mengikat sel bersama-sama
sedangkan selulosa berfungsi memberikan ketegaran pada sel sehingga dapat
meningkatkan kekuatan dan kelenturan bahan (Harahap dan Purba, 2014).
Menurut Rodiawan, dkk (2016) menyatakan bahwa komposit sudah lama
diaplikasikan pada peralatan guna mempermudah kehidupan manusia. Misalnya
komponen dari pesawat terbang, kendaraan bermotor, kapal laut dan perabotan
rumah tangga merupakan aplikasi dari komposit. Komposit adalah suatu material
yang terdiri dari campuran atau kombinasi dua atau lebih material baik secara
makro atau mikro, dimana sifat material yang dimiliki mempunyai perbedaan
struktur.
Pendapat lain mengatakan bahwa komposit adalah sebuah kombinasi material
yang berfasa padat yang terdiri dari dua atau lebih material secara skala
makroskopik yang mempunyai kualitas lebih baik dari material pembentuknya.
Material komposit merupakan material non logam yang saat ini semakin banyak
digunakan mengingat kebutuhan material disamping memprioritaskan sifat
mekanik juga dibutuhkan sifat lain yang lebih baik misalnya ringan, tahan korosi
dan ramah lingkungan (Leonard dan Ratnawati, 2015).
Bumper bukan hanya sekedar untuk aksesoris mobil, tapi juga berfungsi
untuk menahan benturan atau meredam benturan. Tapi kini bumper juga dibuat agar
mobil tampak lebih gaya. Jika didefinisikan, bumper merupakan batang besi atau
plastik yang melintang pada bagian muka dan belakang mobil untuk menahan
benturan. Kleisner dan Zimcik (2009: 288) menyatakan:
3
Bumpers are fixed on the front and on the back side of a car and serve
as its protection. They reduce the effects of collision with other cars and
objects due to their large deformation zones. The bumpers are designed
and shaped in order to deform itself and absorb the force (kinetic
energy) during a collision.
Bumper dipasang dibagian depan dan belakang mobil yang berfungsi sebagai
pelindung. Bumper mengurangi efek tabrakan dengan mobil dan objek lain karena
zona deformasinya. Bumper dirancang dan dibentuk untuk mengubah bentuknya
dan menyerap gaya (energi kinetik) selama tabrakan.
Bumper berbahan fiber kurang aman dikarenakan mudah patah atau hancur
tetapi bumper berbahan fiber mudah dibentuk atau divariasi sesuai dengan jenis dan
model mobil itu sendiri (Leonard dan Ratnawati, 2015). Dulu bumper hanya
difungsikan sebagai peredam benturan, tapi berjalannya waktu bumper juga
difungsikan sebagai penahan benturan, soalnya jika hanya untuk peredam benturan,
keselamatan penumpang di kabin belakang masih sangat terancam. Fungsi dari
bumper adalah sebagai pengaman pertama terhadap bodi dan penumpangnya jika
terjadi tabrakan atau benturan (Gunadi, 2008).
Berdasarkan uraian diatas bahwa bumper merupakan salah satu bagian
penting yang perlu ditingkatkan guna untuk keselamatan pengemudi ataupun
penumpang mobil dari terjadinya tabrakan, maka pembuatan bumper perlu
diperhatikan dari segi kekuatan dan kelenturan. Dalam penelitian ini komposit serat
pandan duri dan matrik epoksi digunakan dengan tujuan bahwa serat alam
mempunyai kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi. Uuntuk mengetahui apakah
serat alam tersebut mampu meningkatkan kekuatan dari bumper maka akan
4
dilakukan penelitian dengan judul Karakteristik Bending Komposit Serat Pandan
Duri – Matrik Resin Epoksi Sebagai Bahan Dasar Pembuatan Bumper Mobil.
1.2 Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas maka diidentifikasi beberapa permasalahan
yang dapat mempengaruhi hasil dari pembuatan komposit dari serat pandan duri
yaitu:
1. Minimnya pemanfaatan serat alam pandan duri yang ramah lingkungan dan
persedian yang masih melimpah belum terlalu banyak dimanfaatkan.
2. Serat pandan duri hanya dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan kerajinan
tangan sehingga nilai jualnya rendah.
3. Bumper berbahan plastik dan fiber mudah hancur ketika mengalami
benturan saat mobil melaju dengan kecepatan rendah maupun tinggi.
4. Bumper berbahan plastik dan fiber tergolong tidak ramah lingkungan.
5. Faktor yang mempengaruhi kualitas dari komposit serat alam adalah proses
pembuatan dan perpaduan antara serat – matrik yang dipadukan sehingga
nantinya dapat diketahui komposisi berapa yang nilainya mendekati kualitas
sempurna.
1.3 Batasan Masalah
Untuk mempermudah penelitian dan mencegah terjadinya perluasan masalah,
maka adanya pembatasan sebagai berikut:
1. Volume perbandingan serat dan matrik yaitu (10 : 90)%.
2. Ketebalan material 3,4 mm karena disesuaikan dari ketebalan spesimen
kontrol bumper mobil Toyota Avanza.
3. Jenis serat yang digunakan adalah serat pandan duri.
5
4. Jenis matrik yang digunakan adalah resin epoksi.
5. Jenis komposit yang digunakan yaitu tipe laminasi dibuat dengan proses
berlapis dengan satu jenis yang sama.
6. Serat pandan duri disususn dengan orientasi (0°/0°/0°/0°),
(0°/+30°/0°/+30°), (0°/+60°/0°/+60°), dan (0°/+90°/0°/+90°).
7. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian bending dengan acuan uji yang
digunakan standar ASTM D 790.
1.4 Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian identifikasi diatas, dapat dirumuskan permasalahan
sebagai berikut:
1. Bagaimana hasil beban maksimum bending komposit serat pandan duri –
matrik resin epoksi?
2. Bagaimana hasil tegangan maksimum bending komposit serat pandan duri
– matrik resin epoksi?
3. Bagaimana hasil modulus elastisitas bending komposit serat pandan duri –
matrik resin epoksi?
4. Bagaimana hasil defleksi bending komposit serat pandan duri – matrik resin
epoksi?
5. Bagaimana bentuk penampang patah dari komposit serat pandan duri –
matrik resin epoksi sebagai bahan dasar pembuatan bumper mobil?
1.5 Tujuan Penelitian
Berdasarkan permasalahan yang telah dirumuskan, penelitian ini bertujuan
untuk:
6
1. Untuk menganalisis hasil beban maksimum bending komposit serat pandan
duri – matrik resin epoksi.
2. Untuk menganalisis hasil tegangan maksimum bending komposit serat
pandan duri – matrik resin epoksi.
3. Untuk menganalisis hasil modulus elastisitas bending komposit serat
pandan duri – matrik resin epoksi.
4. Untuk menganalisis hasil defleksi bending komposit serat pandan duri –
matrik resin epoksi.
5. Untuk menganalisis bentuk penampang patah dari komposit serat pandan
duri – matrik resin epoksi sebagai bahan dasar pembuatan bumper mobil.
1.6 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat yaitu:
1. Dapat memanfaatkan alam sekitar dengan lebih ramah lingkungan dan
maksimal untuk kelangsungan hidup manusia.
2. Memanfaatkan hasil alam serat pandan duri sebagai material yang
bermanfaat bagi kehidupan yang akan datang.
3. Memperoleh pengetahuan dan pengalaman dalam membuat bahan material
komposit.
4. Memperoleh bahan baru yang digunakan sebagai pembuatan bumper mobil.
5. Sebagai referensi dan perbandingan untuk penelitian yang akan datang
dalam bidang ilmu khususnya bahan komposit serat alam.
7
BAB II
KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Kajian Pustaka
Harahap dan Purba (2014) meneliti tentang Pemanfaatan Serat Daun Pandan
Duri Sebagai Campuran Dalam Peningkatan Karakteristik Genteng Beton.
Pembuatan spesimen menggunakan variasi campuran serat daun pandan duri
sebesar 2,5%, 5,0%, dan 7,5%. Dari hasil pengujian sifat mekanik yaitu kekuatan
lentur diperoleh genteng beton variasi serat daun pandan duri yang memenuhi
syarat mutu ASTM D-790 pada komposisi 2,5% dan 5% serat daun pandan duri
yaitu sebesar (13,15 ± 0,26) Nmm-2 dan (9,96 ± 0,72) Nmm-2. Dari hasil pengujian
sifat mekanik yaitu kekuatan impak diperoleh genteng beton variasi serat daun
pandan duri yang yang memenuhi syarat mutu ASTM D-256 pada 5% dan 7,5%
serat daun pandan duri yaitu sebesar (4950 ± 638,35) Joule/m2 dan (6850 ± 526,78)
Joule/m2. Dari hasil pengujian sifat fisis yaitu penyerapan air pada genteng beton
variasi serat daun pandan duri yang memenuhi syarat SNI 0096:2007 adalah pada
campuran 0% yaitu (7,53 ± 0,76% ); 2,5% yaitu (5,06 ± 0,70%) dan 5,0% yaitu
(4,96 ± 0,96%.).
Bachtiar, dkk (2015) meneliti tentang Analisis Sifat Penyerapan Air Dan
Indeks Nyala Api Pada Papan Komposit Yang Di Perkuat Serat Daun Pandan Duri
Dan Limbah Serbuk Gergaji Kayu Sengon Dengan Resin Polyester. Dari hasil
pengukuran pembengkakan volume papan komposit menunjukkan bahwa komposit
8
berpenguat serat daun pandan duri mengalami pembekakan ketika dilakukan
perendaman selama 10, 20, dan 30 hari. Nilai pembekakan tertinggi terdapat pada
variasi fraksi volume serat 30% yaitu sebesar 7,28%, 8,76%, dan 11,22%.
Sedangkan pembekakan komposit terendah terdapat pada variasi fraksi volume
serat 0% atau tanpa serat yaitu sebesar 2,36%, 3,77%, dan 5,42%.
Leonard dan Ratnawati (2015) meneliti tentang Application Of Epoxy Resin
Composite With Fiber Imperata Cylindrica For Multi Purpose Van Car Bumper.
Penelitian ini menggunakan metode statistik SPSS dengan aplikasi regresi dan
varian anova. Spesimen dibuat menggunaka serat alang - alang dan resin epoksi
dengan perbandingan komposisi 60:40%, 65:35%, dan 70:30%, dan ditamabah
dengan hardener 4%. Dapat disimpulkan bahwa variasi komposisi serat alang-alang
berpengaruh terhadap uji statistik analisis regresi dan varian anova bumper depan
kendaraan multi purpose van. Yaitu komposisi 60:40% koefisienya sebesar -1,035
berarti dapat digunakan sebagai bumper kendaraan van serbaguna.
Adiananda dan Batan (2015) meneliti tentang Pengembangan Bumper
Mobil Pick Up Multiguna Pedesaan. Penelitian ini mengembangkan bumper dari
komposit jenis e-glass dengan standar pengujian ECE Regulation No 42. Hasil yang
didapatkan pengembangan bumper memiliki dimensi panjang 1430 mm, lebar 500
mm, tinggi 500 mm dan ketebalan bumper adalah 4 mm. Tegangan yang terjadi
sebesar 785,98 Mpa sedangkan deformasi bumper sebesar 18,160 mm, jauh lebih
kecil daripada deformasi yang diizinkan yaitu 60 mm.
Harsi, dkk (2015) meneliti tentang Karakteristik Kekuatan Bending Dan
Kekuatan Tekan Komposit Serat Hybrid Kapas/Gelas Sebagai Pengganti Produk
9
Kayu. Penelitian ini untuk mengetahui bagaimana membuat komposit serat hybrid
kapas/gelas menggunakan matriks epoksi, dan kemudian membandingkannya
dengan produk kayu. Pembuatan komposit menggunakan metode hand lay-up dan
variasi fraksi volume serat kapas dan serat kaca adalah: 30%: 0%, 25%: 5%, 20%:
10%, 15%: 15%, 10%: 20%, 5%: 25%, 0%: 30%, fraksi volume matriks epoksi
adalah 70%, di mana orientasi serat kapas adalah random dan panjang 2 cm,
sedangkan orientasi serat kaca sama dengan serat panjang sampai dengan panjang
cetakan. Peneliti melakukan beberapa tes diantaranya: uji lentur yang berdasarkan
pada ASTM D 790 standar, uji kompresi berdasarkan standar ASTM D 695.
Kekuatan lentur dari semua fraksi volume hybrid serat kapas/kaca komposit
menunjukkan kekuatan lentur yang lebih tinggi daripada kekuatan lentur dari
mahoni yang digunakan sebagai pembanding. Setelah itu kekuatan yang menekan
serat kapas/serat hibrida kaca komposit terutama dalam 20%: 10% dan 0%: 30%
variasi volume fraksi, yang memiliki nilai tertib 37,74 MPa dan 47,53 MPa, dan ini
menunjukkan kekuatan menekan yang lebih tinggi daripada menekan kekuatan
mahoni, itu adalah 36,78 MPa. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan
dapat disimpulkan bahwa karakteristik komposit serat kapas/serat kaca dapat
digunakan sebagai pengganti kayu.
Hariyanto (2017) meneliti tentang Rekayasa Bahan Komposit Sandiwch
Hibrid Untuk Struktur Sistem Panel. Penelitian ini menyelidiki pengaruh ketebalan
core terhadap peningkatan kekuatan bending komposit sandwich hibrid berpenguat
kombinasi serat rami woven dan serat gelas woven bermatrix polyester dengan core
berpenguat kombinasi serbuk kayu jati dan mahoni bermatrix polyester. Bahan
10
yang digunakan untuk skin adalah serat rami (woven), serat E-Glass (woven), resin
unsaturated polyester 157 BQTN (UPRs). Bahan yang digunakan untuk core
adalah serbuk kayu jati dan mahoni dengan mesh 30 pada fraksi volume 50%, resin
unsaturated polyester 157 BQTN. Hardener yang digunakan adalah MEKPO
dengan konsentrasi 1%. Komposit sandwich hibrid tersusun terdiri dari dua skin
komposit hibrid dengan core hibrid di tengahnya. Fraksi volume serat komposit
skin hibrid adalah 30%. Komposit core hibrid yang digunakan adalah serbuk kayu
jati dan mahoni dengan mesh 30 pada fraksi volume 50% dengan resin unsaturated
polyester 157 BQTN. Variabel utama penelitian yaitu tebal core (10, 20, 30, 40,
dan 50 mm). Spesimen dan prosedur pengujian bending mengacu pada standard
ASTM C 393. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan ketebalan core
mampu meningkatkan momen bending. Namun, menurunkan kekuatan bending,
facing bending dan tegangan geser core komposit sandwich hibrid. Mekanisme
patahan diawali oleh kegagalan komposit skin bagian tarik, core gagal geser, dan
diakhiri oleh kegagalan skin sisi tekan. Pada bagian daerah batas core dan komposit
skin menunjukkan adanya kegagalan delaminasi.
Berdasarkan dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan
bahwa kekuatan bending dapat dipengaruhi oleh peletakan arah serat, fraksi
volume, komposisi antara matrik dan serat. Maka dari itu penelitian ini
menggunakan komposit serat daun pandan duri – matrik epoksi dengan variasi
fraksi volume (10:90)% dan orientasi (0°/0°/0°/0°), (0°/+30°/0°/+30°),
(0°/+60°/0°/+60°), dan (0°/+90°/0°/+90°) dengan jenis pembuatan komposit tipe
laminasi yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit.
11
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Komposit
Komposit dalam bahasa inggris berasal dari kata kerja “to compose“ yang
berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit
berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Komposit 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 suatu material
baru yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki propertis lebih
baik dari keduanya (Fahmi dan Hermansyah 2011).
Gambar 2.1 Bagan klasifikasi material komposit
Sumber : http://ramatawa.wordpress.com
12
Komposit terbagi menjadi lima kelas berdasarkan bentuk, arah serat dan cara
pembuatannya yaitu:
1. Particel Reinforced (Penguat Serbuk) yaitu komposit yang dibuat
menggunakan bahan tambah berupa partikel kecil atau besar.
2. Continuous (Menyambung) yaitu komposit yang dibuat menggunakan
bahan tambah serat yang arah peletakan serat dengan kondisi sejajar.
3. Discontinuous (Terputus) yaitu komposit yang dibuat mrnggunakan bahan
tambah serat dengan dua jenis arah peletakan yaitu sejajar dan acak.
4. Laminates (Pelapisan) yaitu komposit yang dibuat dengan proses yang
berlapis dengan satu jenis yang sama.
5. Sandwich Panels (Pelapisan Berbeda) yaitu komposit yang dibuat dengan
cara pelapisan, tetapi menggunakan bahan tambah yang berbeda atau arah
pelapisan secara berbeda juga.
Selain itu ada 3 jenis komoposit berdasarkan matrik dalam proses pembuatannya
antara lain:
1. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
Bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan
serat pendek, atau serabut-serabut (whiskers) dimana terbuat dari silikon
karbida atau boron nitride.
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Bahan ini menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matrik
dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida.
13
3. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan, biasa
disebut polimer berpenguat serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or
Plastics). Bahan ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai
matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar)
sebagai penguatannya.
Pada penelitian ini pembuatan spesimen komposit dengan cara Laminates
(Laminasi) gabungan dari dua atau lebih yang disusun secara berlapis dan jenis
matrik komposit yang digunakan adalah komposit matrik polimer dengan
tambahan serat alam pandan duri. Menurut Matthews komposit adalah suatu
material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya
melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-
masing material pembentuknya berbeda (Widodo, 2008). Stark dan Rowlands
(2002) juga berpendapat bahwa komposit yang berpenguat serat tanaman, sifat
mekaniknya akan meningkat juga seiring dengan pertambahan volume berat
serat, sifat mekanik yang meningkat adalah kekuatan tarik, bending, dan
kekuatan impak. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang
mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material
pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional
pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak
homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang
kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya.
Menurut Changcun et al., (2016) sifat mekanik dari bahan komposit dipengaruhi
14
oleh tercampurnya perpaduan antara matrik dan serat, yang nantinya akan
berpengaruhi terhadap kekuatan komposit. Selain itu komposit merupakan
sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan
matrik atau pengikat dengan penguat. Secara umum terdapat dua kategori
material penyusun komposit yaitu matrik dan reinforcement (Maryanti, 2011).
2.2.1.1 Matrik Resin Epoksi
Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat
menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal,
meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara
serat dan matrik. Matrik dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan
polimer, logam, maupun keramik. Matrik adalah fasa dalam komposit yang
mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan) (Gibson, 1994).
Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat
antara serat dan matrik. Selain itu matrik juga harus mempunyai kecocokan
secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan
kontak antara keduanya. Untuk memilih matrik harus diperhatikan sifat –
sifatnya antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan
tahan terhadap goncangan yang biasanya menjadi pertimbangan dalam
pemilihan material matrik.
Fungsi penting matrik dalam pembuatan komposit yaitu:
a. Mengikat serat menjadi satu dan mentransfer beban ke serat.
Hal ini akan menghasilkan kekakuan dan membentuk struktur
komposit.
15
b. Mengisolasi serat sehingga serat tunggal dapat berlaku terpisah.
Hal ini dapat menghentikan atau memperlambat penyebaran
retakan.
c. Memberikan suatu permukaan yang baik pada kualitas akhir
komposit dan menyokong produksi bagian yang berbentuk
benang-benang.
d. Memberikan perlindungan untuk memperkuat serat terhadap
serangan kimia dan kerusakan mekanik karena pemakaian.
Sedangkan resin epoksi merupakan resin yang paling sering
digunakan untuk bahan tambah pembuatan komposit. Resin epoksi adalah
cairan organik dengan berat molekul rendah yang mengandung gugus
epoksida. Epoksida memiliki tiga anggota didalamnya yaitu satu oksigen dan
dua atom karbon. Reaksi epichlorohydrin dengan phenols atau aromatic
amines membuat banyak epoksi. Pengeras (hardener), pelunak (plasticizer),
dan pengisi (filler) juga ditambahkan untuk menghasilkan epoksi dengan
berbagai macam kekuatan pada komposit.
Meskipun epoksi ini lebih mahal dari matrik polimer lain, namun
epoksi ini adalah matrik dari polimer matrix composite yang paling populer.
Lebih dari dua pertiga dari matrik polimer yang digunakan dalam aplikasi
industri pesawat terbang adalah epoksi. Alasan utama epoksi paling sering
digunakan sebagai matrik polimer yaitu:
1. Kekuatan tinggi.
16
2. Viskositas dan tingkat alirannya rendah, yang memungkinkan
membasahi serat dengan baik guna mencegah tersusunnya serat
secara tidak beraturan selama pemrosesan.
3. Ketidakstabilan rendah.
4. Tingkat penyusutan rendah yang mengurangi kecenderungan
mendapatkan tegangan geser yang besar antara epoksi dan
penguatnya.
5. Tersedia lebih dari 20 tingkatan untuk memenuhi sifat spesifik dan
kebutuhan pengolahan.
Sebuah matrik yang ulet akan meningkatkan ketangguhan struktur
komposit. Fungsi matrik pada material komposit sebagai bahan mengikat
serat menjadi sebuah unit struktur dan meneruskan atau memindahkan beban
eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik. Pada umumnya matrik
dalam struktur komposit biasannya dipilih yang mempunyai ketahanan panas
yang tinggi dan keuletan. Jadi nantinya ketika bahan komposit dibuat hasil
dari bahan tersebut layak sebagai bahan yang sesuai dengan standar yang
diinginkan.
Tabel 2.1 Spesifikasi Resin Epoksi
Viskositas pada 25o C 13.000 ± 2.000 Mpa.s
Nomor Epoksi 22,7 ± 0,6 %
Ekuivalen Epoksi 189 ± 5 g/equiv
Nilai Epoksi 0,53 ± 0,01 equiv / 100 g
Total Kandungan Klorin < 0,2 %
Kandungan Klorin Hydrolysable < 0,05 %
Warna < 1 Gardner
Densitas pada 25o C 1,17 ± 0,01 g/cm3
Sumber: (PT Justus Kimiaraya)
17
2.2.1.2 Reinforcement (Penguat)
Salah satu bagian penting dari komposit selain matrik adalah
reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama
pada komposit. Bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit,
biasanya berupa serat atau serbuk. Serat yang sering digunakan dalam
pembuatan komposit antara lain serat sintetis (buatan) dan serat alam.
Berikut ini adalah penjabaran serat sentetis (buatan) dan serat alam :
a. Serat Sintesis (buatan)
Serat sintetis (buatan) yaitu serat yang molekulnya disusun
secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum dari serat buatan, yaitu
kuat dan tahan gesekan. Rayon merupakan serat buatan yang paling
awal dibuat, Rayon dipergunakan untuk membuat kain yang bagus
dengan warna menyerupai wol dan sutera.
Polimer sintetis yaitu serat yang dibuat dari polimer-polimer
buatan. Polimer sintesis diantaranya poliamida (Nylon) dan poliester.
Polimida (Nylon) merupakan serat yang kuat. Sifat-sifat nylon adalah
kuat dan tahan gesekan dan daya mulurnya besar bila diregang sampai
8 %. Kemudian poliester mempunyai sifat cepat kering, kuat dan dapat
berbentuk seperti serat alam. Seratpoliester bisa dicampur dengan serat
katun, wol, rayon, dan sutera. Poliester memiliki sifat yang baik, yaitu
sifat tahan kusut, dan dimensi yang stabil.
18
b. Serat Alam
Serat alam yaitu serat yang langsung diperoleh di alam. Serat
merupakan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan benang dan
kain. Sebagai bahan baku dalam pembuatan benang dan pembuatan
kain, serat memegang peranan penting, sebab:
- Sifat-sifat serat akan mempengaruhi sifat-sifat benang atau kain
yang dihasilkan.
- Sifat-sifat serat akan mempengaruhi cara pengolahan benang atau
kain baik pengolahan secara mekanik maupun pengolahan secara
kimia.
Serat alam sendiri dikelompokkan kembali menjadi 3 golongan,
meliputi serat yang diproduksi oleh tumbuh-tumbuhan, hewan, dan
proses geologis. Berikut merupakan penjelasan singkat mengenai
ketiga golongan serat tersebut:
- Serat yang berasal dari tumbuh-tumbuhan biasanya tersusun atas
selulosa, hemiselulosa, dan kadang-kadang mengandung lignin.
- Serat yang berasal dari hewan atau juga disebut serat proteina dapat
berbentuk staple atau filament staple yang berasal dari rambut
hewan berupa domba, alpaca, unta, cashmer, mohair, kelinci, dan
vicuna.
- Serat yang berasal dari mineral umumnya dibuat sari asbestos, Saat
ini asbestos adalah satu-satunya mineral yang secara alami terdapat
dalam bentuk serat panjang.
19
2.2.2 Pandan Duri
Alam Indonesia cukup banyak tersedia keanekaragaman tumbuhan yang
dapat digunakan sebagai bahan baku untuk industri kerajinan tangan,
diantaranya: anyaman, tas, vas bunga dan lain sebagainya. Pandan duri
merupakan segolongan tumbuhan monokotil dari genus Pandanus. Sebagian
besar anggotanya merupakan tumbuh tersebar di daerah tropika, di tepi pantai
dan sungai-sungai. Anggota tumbuhan ini dicirikan dengan daun yang
memanjang dengan ukuran mulai dari 50 cm hingga 5 meter, tepi daun memiliki
gerigi, dan memiliki serat yang panjang dan kuat.
Gambar 2.2 Daun Pandan Duri
Salah satu jenis pandan yang hidup tersebar luas di daerah-daerah terbuka
di dataran rendah adalah pandan duri. Ukuran tinggi pohon mencapai 2 - 14 m,
memiliki banyak akar batang yang tebal, bercabang, dan sering berduri. Ukuran
pada batang tunggal sepanjang 4 - 8 m sebelum bercabang. Diameter batang
maksimum adalah 12 - 25 cm (Thomson, et al., 2006). Menurut Harahap dan
Purba (2014) pandan duri memiliki massa jenis yang kecil yaitu 0,96 g/cm3.
Selain itu pandan juga memiliki banyak cabang, daunnya berwarna hijau dengan
panjang 90 - 150 cm dan lebarnya mencapai 4 cm. Di daerah jawa, jenis ini
dikenal ada empat macam yaitu jenis samak, litoralis, laevis, dan variegates.
20
Di pulau Bawean, Tasikmalaya, dan Tangerang terdapat jenis pandan yang
termasuk jenis samak antara lain pandan betook, pandan jaksi, pandan jaraim,
pandan kapur, pandan duri, pandan tikar, pandan cucuk, pandan semak dan
panjang ijo.
Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serat Pandan Duri
Komposisi Kimia Kandungan (%)
Lignin 18-22
Selulosa 83-88
Holoselulosa 37-76
Air 7,88- 9,14
Sumber: (Winarni dan Totok, 2006)
Sebagian masyarakat di Indonesia memanfaatkan daun pandan duri
sebagai produk kerajinan tangan yang dijadikan sebuah anyaman, tikar pandan,
tas, atau bahan pembungkus. Dengan hasil kerajinan tersebut nilai jual dari daun
pandan duri pun tidak terlalu tinggi sehingga perlu melakukan terobosan baru
supaya nantinya daun pandan diri mempunyai nilai jual yang lebih tinggi.
Gambar 2.3 Hasil Kerajinan dari Daun Pandan Duri
Sumber: http://www.wacana.com
21
Selain penggunaan daun pandan duri sebagai kerajinan pandan duri juga
bisa dimanfaatkan sebagai penguat bahan komposit dengan cara serat dipisahkan
dahulu dari batang daun dengan beberapa proses. Pengambilan serat dilakukan
dengan cara merebusnya dengan waktu tertentu kemudian direndam di air
kurang lebih 1 minggu kemudian daun menjadi lebih lunak baru pisahkan daun
dengan serat dan tahapan akhir menggunakan larutan kimia alkhali (NaOH)
fungsi dari penggunaan larutan kimia untuk menghilangkan zat – zat tumbuhan
yang masih menempel pada serat seperti selulosa, lignin, dan lain – lain.
Sebuah material mempunyai karakter yang berbeda antara lain memiliki
sifat elastis dan plastis pada penelitian ini bahan sebagai variabel kontrol bumper
mobil memiliki karakter bahan elastis dan pada spesimen komposit serat daun
pandan duri resin epoksi memiliki karakter bahan plastis perbedaan karakter ini
dapat mempengaruhi dalam hasil sebuah pengujian.
Yang dimaksud dari karakter elastis adalah perubahan bentuk yang terjadi
pada suatu benda saat gaya atau beban itu bekerja, dan perubahan bentuk akan
hilang ketika gaya atau bebannya ditiadakan. Jadi apabila beban ditiadakan,
maka benda akan kembali ke bentuk dan ukuran semula, sedangkan karakter
plastis adalah perubahan bentuk yang terjadi pada benda secara permanen,
walaupun beban yang berkerja ditiadakan. Jadi meskipun beban ditiadakan pada
benda yang diuji benda itu sudah tidak bisa kembali dari bentuk semula atau
sudah patah secara permanen. Itulah karakter perbedaan antara material yang
mempunyai karakteristik elastis dan plastis.
2.2.3 Bumper
22
Bumper berarti batang besi atau plastik yang melindang pada bagian muka
atau belakang mobil yang berfungsi sebagai penahan benturan.
Kumar, et al.,(2016) mengatakan bahwa :
When a low-speed collision occurs, the bumper system absorbs shock to prevent
or reduce damage to the car. Some bumpers use energy absorbers or brackets
and others are made with foam pads. That bumper cars are designed to prevent
or reduce physical damage to the front and rear of passenger motor vehicles.
Ketika tabrakan berkecepatan rendah terjadi, sistem bumper menyerap
kejutan untuk mencegah atau mengurangi kerusakan ke mobil. Beberapa bumper
menggunakan penyerap energi atau braket dan lainnya dibuat dengan bahan
bantalan busa. Bumper mobil dirancang untuk mencegah atau mengurangi
kerusakan fisik pada bagian depan dan belakang kendaraan bermotor
penumpang. Jadi fungsi utama bumper tak lepas dari melindungi penumpang
ketika mobil mengalami benturan
Gambar 2.4 Bumper Depan Mobil
Sumber: http://camargus.com
2.2.4 Fraksi Volume
23
Salah satu faktor penting yang menentukan karakteristik dari komposit
adalah perbandingan fraksi volume. Hubungan antara fraksi volume dan fraksi
berat saling berkaitan dengan berat jenis masing-masing sehingga dapat
menghitung massa serat dan matrik. Untuk menghitung fraksi volume,
parameter yang harus diketahui antara lain berat jenis resin, berat jenis serat,
berat komposit dan berat serat. Menurut Mastur dan Setyawan (2016)
perhitungan dapat dilakukan dengan persamaan sebagai berikut:
1. Mencari volume layer dapat dirumuskan dengan persamaan:
𝑉𝑠𝑘𝑖𝑛 = 𝑝𝑠𝑘𝑖𝑛. 𝑙𝑠𝑘𝑖𝑛. 𝑡𝑠𝑘𝑖𝑛 ..................................................................... (2.1)
Keterangan:
𝑉𝑠𝑘𝑖𝑛 = Volume skin/layer sebelum dicetak (mm3)
𝑝𝑠𝑘𝑖𝑛 = Panjang skin/layer sebelum dicetak (mm)
𝑙𝑠𝑘𝑖𝑛 = Lebar skin/layer sebelum dicetak (mm)
𝑡𝑠𝑘𝑖𝑛 = Tinggi skin/layer sebelum dicetak (mm)
2. Mencari volume serat dapat dirumuskan dengan persamaan:
𝑉𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 =𝑉𝑠𝑘𝑖𝑛.𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
100% .................................................................. (2.2)
Keterangan:
𝑉𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 = Volume serat sebelum dicetak (mm3)
𝑉𝑠𝑘𝑖𝑛 = Volume skin/layer sebelum dicetak (mm3)
Fraksi Volume = Fraksi volume yang digunakan (%)
24
3. Mencari berat serat dapat dirumuskan dengan persamaan:
𝑀𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 = 𝑉𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡. 𝜌𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 ........................................................................ (2.3)
Keterangan:
𝑀𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 = Massa serat sebelum dicetak (gram)
𝑉𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 = Volume serat sebelum dicetak (cm3)
𝜌𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 = Massa jenis serat sebelum dicetak (gram/cm3)
Karena spesimen memiliki 4 lapisan serat maka nantinya hasil dari massa serat akan
dibagi 4.
4. Mencari volume matrik dapat dirumuskan dengan persamaan:
𝑉𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 =𝑉𝑠𝑘𝑖𝑛.𝐹𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
100% .............................................................. (2.4)
Keterangan:
𝑉𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 = Volume matrik sebelum dicetak (mm3)
𝑉𝑠𝑘𝑖𝑛 = Volume skin/layer sebelum dicetak (mm3)
Fraksi Volume = Fraksi volume yang digunakan (%)
5. Mencari berat matrik dapat dirumuskan dengan persamaan:
𝑀𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 = 𝑉𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘. 𝜌𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 ............................................................... (2.5)
Keterangan:
𝑀𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 = Massa matrik sebelum dicetak (g)
𝑉𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 = Volume matrik sebelum dicetak (mm3)
𝜌𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 = Massa jenis matrik sebelum dicetak (g/cm3)
Karena sesuai dengan petunjuk penggunaan maka resin : hardener = 2 : 1
25
2.2.5 Uji Bending
Uji bending adalah suatu proses pengujian material dengan cara di tekan
untuk mendapatkan hasil berupa data tentang kekuatan lengkung (bending) suatu
material yang di uji. Proses pengujian bending yang digunakan dalam penelitian
ini yaitu menggunakan Three point bending.
Three point bending yaitu menggunakan 2 point pada bagian bawah yang
berfungsi sebagai tumpuan dan 1 point pada bagian atas yang berfungsi sebagai
penekan. Pada penelitian ini menggunakan metode pengujian bending dengan
mengacu standar ASTM D 790 untuk pengujiannya. Persamaan rumus yang
digunakan untuk pengujian Three point bending sebagai berikut :
Gambar 2.5 Three Point Bending
Momen yang terjadi pada komposit dapat dirumuskan dengan persamaan:
M = 𝑃
2 𝑥
𝐿
2 .............................................................................................. (2.6)
Menentukan tegangan maksimum bending dapat dirumuskan dengan persamaan:
𝜎b = 𝑀. 𝑦
𝐼⁄ ........................................................................................... (2.7)
=
𝑃
𝐿 𝑥
𝐿
2 𝑥
1
2 𝑑
1
12 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑3
⁄
26
=
1
8 𝑥 𝑃 𝑥 𝐿 𝑥 𝑑
1
12 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑3
⁄
=
1
8 𝑥 𝑃 𝑥 𝐿
1
12 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑2
⁄
= 3 𝑥 𝑃 𝑥 𝐿2 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑2⁄ ................................................................... (2.8)
Untuk menentukan modulus elastisitas bending menggunakan persamaan berikut:
Eb = 𝜎 𝜀⁄
= 3 𝑥 𝑃 𝑥 𝐿
2 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑2⁄
6 𝑥 𝐷 𝑥 𝑑𝐿⁄
= 3 𝑥 𝑃 𝑥 𝐿2
2𝑥 𝑏 𝑥 𝑑2 𝑥 6 𝑥 𝐷 𝑥 𝑑⁄
= 3 𝑥 𝑃 𝑥 𝐿2
12 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑3 𝑥 𝐷⁄
= 𝑃 𝑥 𝐿2
4 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑3 𝑥 𝐷⁄ ..................................................................... (2.9)
Keterangan:
σb = Tegangan bending (N/mm2)
Eb = Modulus elastisitas bending (GPa)
𝜎 = Tegangan normal (N/mm2)
P = Beban maksimum (Newton)
M = Momen lentur pada penampang yang ditinjau (Newton)
y = Jarak dari sumbu netral ke elmen yang ditinjau (mm)
I = Momen inersia penampang (Newton)
L = Jarak antara 2 titik tumpu atau support span (mm)
27
D = Kekauan (N/mm2)
b = Lebar Spesimen (mm)
d = Tebal spesimen (mm)
2.2.6. Foto Makro
Bentuk patahan dalam material komposit saat proses pengujian dapat
dipengaruhi oleh banyak faktor seperti kurangnya ikatan serat dengan matrik,
proses penyusunan serat dan lain sebagainya. Foto makro merupakan suatu
pengujian yang digunakan untuk mengamati pola bentuk patahan yang terjadi
pada spesimen hasil pengujian. Dengan cara proses pengambilan gambar pada
permukaan spesimen, kemudian dari gambar tersebut diamati keadaan pola
patahan yang terjadi. Menurut Astika, dkk (2013) patahan pada komposit serat
ada beberapa jenis yaitu:
a. Fiber pull out yaitu patahan komposit yang terjadi karena kurangnya
ikatan antara serat dengan matrik sehingga serat terlepas dari ikatan
matrik.
b. Crack deflection yaitu patahan komposit mengikuti alur dari posisi serat
yang miring sehingga permukaan patahan miring.
c. Matrix rich yaitu tidak adanya serat di daerah matrik sehingga komposit
menjadi rapuh dan mudah patah pada saat menerima beban.
d. Matrix bridging yaitu patahan komposit dalam keadaan serat masih
terikat dengan matrik secara utuh.
28
e. Void yaitu terjadi karena terjebaknya udara saat proses mencetak
komposit, sehingga menimbulkan cacat berupa lubang.
f. Debonding yaitu terjadi karena terlepasnya serat dari matrik yang
menyebabkan terbentuknya lubang pada matrik.
g. Overload yaitu putusnya serat yang diakibatkan karena batas kekuatan
serat dan ikatan yang kuat antara serat dan matrik
(a)
Crack Deflaction Overload
Matrix Rich Fiber Pull Out
Matrix Bridging
Void
29
(b)
Gambar 2.6 (a) dan (b) Foto Makro Menggunakan SEM
67
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Nilai beban maksimum bending yang optimal terdapat pada spesimen
komposit serat pandan duri - matrik resin epoksi dengan orientasi
(0°/0°/0°/0°) yaitu sebesar 160 Newton mengalami kenaikan dari bumper
mobil Toyota Avanza hanya sebesar 62,67 Newton.
2. Nilai tegangan maksimum bending yang optimal terdapat pada spesimen
komposit serat pandan duri - matrik resin epoksi dengan orientasi
(0°/0°/0°/0°) yaitu sebesar 85,8 N/mm2 mengalami kenaikan dari spesimen
bumper mobil Toyota Avanza hanya sebesar 33,7 N/mm2.
3. Nilai modulus elastisitas bending yang optimal terdapat pada spesimen
komposit serat pandan duri - matrik resin epoksi dengan orientasi
(0°/0°/0°/0°) yaitu sebesar 1,9 GPa mengalami kenaikan dari spesimen
bumper mobil Toyota Avanza hanya sebesar 0,9 Gpa.
4. Nilai defleksi bending yang optimal terdapat pada spesimen bumper mobil
Toyota Avanza yaitu sebesar 33,8 mm mengalami kenaikan dari spesimen
pandan duri - matrik resin epoksi dengan orientasi (0°/0°/0°/0°) sebesar 4,63
mm, orientasi (0°/+30°/0°/+30°) sebesar 4,67 mm, orientasi
(0°/+60°/0°/+60°) sebesar 3,83 mm, dan orientasi (0°/+90°/0°/+90°)
sebesar 3,3 mm.
68
5. Hasil dari foto makro spesimen komposit serat pandan duri - matrik resin
epoksi memiliki berbagai macam bentuk penampang patah, tetapi pada
semua spesimen variasi orientasi banyak terjadi fiber pull out.
5.2 Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan saran yang diberikan untuk
penelitian selanjutnya yaitu:
1. Pada proses pembuatan komposit, hendaknya pada tahapan penyusunan
serat, penuangan resin kedalam cetakan dilakukan secara merata agar
nantinya saat komposit sudah jadi mengurangi dampak terjadinya void pada
spesimen.
2. Pada penelitian selanjutnya dapat menggunakan jenis serat alam lain
sebagai penguat dari komposit sehingga dapat diketahui bagaimana
pengaruhnya.
3. Komposit serat pandan duri dapat digunakan sebagai bahan altenatif dalam
pembuatan bumper mobil karena memiliki beban bending, tegangan
bending, dan modulus elastisitas bending yang baik.
69
DAFTAR PUSTAKA
Adiananda, A. dan Batan, I. M. L. 2015. Pengembangan Bumper Depan Mobil Pick
Up Multiguna Pedesaan. Jurnal Teknik Its, 4 (1).
Astika, I. M., Lokantara, I. P., dan Karohika, I. M. G. 2013. Sifat Mekanis Komposit
Polyester dengan Penguat Serat Sabut Kelapa. Jurnal Energi Dan
Manufaktur, 6 (2), 115-122.
ASTM D 790. 2003. Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced
and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials. ASTM
International, West Conshohocken, PA.
Bachtiar. S., Sulistyowati, D. E., dan Catur, D. A. 2015. Analisis Sifat Penyerapan
Air Dan Indeks Nyala Api Pada Papan Komposit Yang Di Perkuat Serat
Daun Pandan Duri Dan Limbah Serbuk Gergaji Kayu Sengon Dengan
Resin polyester. Dinamika Teknik Mesin , 5 (2).
Catur, R. S. P. 2018. Analisis Karakteristik Fraksi Volume Serat Komposit Hybrid
Pelepah Pisang Dan Eglas Woven Terhadap Kekuatan Bending Dengan
Resin Polyester. Jurnal Teknik Mesin, 6 (1).
Changcun, W., Guangquan, Y., Jiazhen, Z., Jiangquang, L., dan Jin, L. 2016.
Formation And The Effects Of The Thermo-Residual Stress On
Mechanical Properties Of The Thermoplastic Composites. Advance In
Inteligent Systems Reasch, 136.
Fahmi, H., dan Hermansyah, H. 2011. Pengaruh Orientasi Serat Pada Komposit
Resin Polyester/Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik. Jurnal
Teknik Mesin, 1 (1).
Gibson. 1994. Principles Of Composite Material Mechanics. Fourth Edition. New
York: McGraw-Hill, Inc.
Gunadi. 2008. Teknik Bodi Otomotif. Jakarta Direktorat Pembinaan Sekolah
Departemen Pendidikan Nasional 3, 363-364.
Harahap, M. H., dan Purba, E. Y. 2014. Pemanfaatan Serat Pandan Duri Sebagai
Campuran Dalam Peningkatan Karakteristik Genting Beton. Jurnal
Einstein 2 (1).
Hariyanto, A. 2017. Rekayasa Bahan Komposit Sandwich Hibrid Untuk Struktur
Sistem Panel. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 18 (1).
70
Harsi, Sari, N. H., dan Sinarep. 2015. Karakteristik Kekuatan Bending dan
Kekuatan Tekan Komposit Serat Hybrid Kapas/Gelas Sebagai Pengganti
Produk Kayu. Dinamika Teknik Mesin 5 (2).
Kleisner, V., dan Zemcik. R. 2009. Analysis Of Composite Car Bumper
Reinforcement. Applied and Computational Mechanics 3 : 287-296.
Kumar,V.S.,Timothy.S., dan Kiran.M.N. 2016. Modeling & Impact Analysis Of a
Car Bumper with Different Loads on Different Materials. International
Journal Of Innovative Resreach In Sciene Engineering And Technology 5
(11).
Leonard, J., dan Ratnawati. 2015. Application Of Epoxy Resin Composite With
Fiber Imperata Cylindrica For Multi Purpose Van Car Bumper. Jurnal
Mekanikal 6 (2), 602-607.
Lokantara, P., dan Suardana, N. P. G. 2007. Analisis Arah Dan Perlakuan Serat
Tapis Serta Rasio Epoxy Hardener Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanis
Komposit Tapis/Epoxy. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 1 (1).
Maryanti, B., Sonief, A. A., dan Wahyudi, S. 2011. Pengaruh Alkalisasi Komposit
Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan Tarik. Jurnal Rekayasa Mesin,
2(2), 123-129.
Mastur., dan Setiyawan, K. 2016. Pengaruh Komposit Serat Pandan Samak
Terhadap Kekuatan Tarik Dan Bending Pada Material Bodi Kendaraan.
Jurnal Intuisi Teknologi Dan Seni 8 (1).
Nurdin, A. 2011. Potensi Pengembangan Komposit Berpenguat Serat Kulit Waru
(Hibiscus Tiliaceus) Kontinyu Laminat Sebagai Material Pengganti
Fiberglass Pada Pembuatan Lambung Kapal. Info Teknik 12 (2).
Oroh, J., Sappu, F. P., dan Lumintang, R. C. 2013. Analisis Sifat Mekanik Material
Komposit dari Serat Sabut Kelapa. Jurnal Online Poros Teknik Mesin
Unsrat, 1(1), 1-10.
Rahayu, S. R., dan Handayani, S. 2008. Keanekaragaman Morfologi Dan Anatomi
Pandanus (Pandanaceae ) Di Jawa Barat. Jurnal Vis Vitalis 1 (2).
Rodiawan., Suhdi., dan Rosa, F. 2016. Analisa Sifat – Sifat Serat Alam Sebagai
Penguat Komposit Ditinjau Dari Kekuatan Mekanik. Jurnal Teknik Mesin
5 (1).
Salahudin, X. 2012. Kaji Pengembangan Serat Daun Pandan Di Kabupaten
Magelang Sebagai Bahan Komposit Interior Mobil. Jurnal Teknik Mesin
37 (1) :121-133.
71
Stark, N. M., dan Rowlands, R. E. 2003. Effects of Wood Fiber Characteristics on
Mechanical Properties of Wood/Polypropylene Composites. Wood and
Fiber Science, 35 (2), 167-174.
Sugiyono. 2015. Metode Penelitian Pendidikan (Pendekatan Kuantitatif, Kualitatif
dan R&D). Penerbit CV. Alfabeta: Bandung
Sukmadinata, N. S. 2013. Metode Penelitian Pendidikan. Penerbit PT Remaja
Rosdakarya, Bandung. 213-214.
Thomson, L .A .J ., Englberger, L., Guarino, L., Tahman, R. R., dan Elevitch, C. E.
2006. Pandanus tectorius (pandanus). Species Profiles For Pacific Island
Agroforesty 1 (1).
Widodo, R. 2008. Analisis Sifat Mekanik Komposit Epoksi Dengan Penguat Pohon
Aren ( Ijuk ) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak ( Random). Jurnal
Teknologi Technoscientia 1 (1).
Winarni, I., dan Waluyo, T. K. 2006. Peningkatan Teknik Pengolahan Pandan
(Bagian I) : Pewarnaan Dan Pengeringan. Journal of Chemical.
Yudiono, H., Rusiyanto, dan Kiswadi. 2017. Kekuatan Tarik Komposit Lamina
Berbasis Anyaman Serat Karung Plastik Bekas (Woven Bag). Jurnal
Kompetensi Teknik 8 (2).