Modul A Proses Pembuatan dan Karakterisasi Komposit

8/18/2019 Modul A Proses Pembuatan dan Karakterisasi Komposit

1/14

Laporan Akhir Praktikum

Laboratorium Teknik Material 3

Modul A Proses Pembuatan dan Karakterisasi Komposit

Oleh :

Nama : Surya Eko Sulistiawan

NIM : 13713054

Kelompok : 3

Anggota (NIM) : Adam Dwiputra Tanjung (13713039)

Waras Septiana (13713048)

Muhammad Adib H. (13713052)

Irza Aulia Zaim (13712006)

Tanggal Praktikum : 20 April 2016

Tanggal Penyerahan Laporan : 25 April 2016

Nama Asisten (NIM) : Irfan Naufaldi (13712043)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2016


2/14

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Tiga material yang biasa ditemukan dalam kehidupan sehari-hari secara

umum yaitu logam, keramik dan polimer. Logam memiliki sifat kekuatan dan

keuletan yang tinggi, keramik memiliki sifat kekuatan dan kekakuan tinggi

sedangkan polimer memiliki sifat kekuatan dan densitas yang rendah.

Untuk memperoleh polimer yang memiliki kekuatan tinggi namun tetap

ringan salah satu caranya yaitu dengan digabung material lain yang memiliki

kekuatan tinggi. Material hasil penggabungan ini biasa disebut komposit. Polimer

biasanya digabung dengan serat untuk memperoleh sifat kekuatan yang tinggi.

Untuk memperoleh data sifat mekanik komposit dilakukan proses karakterisasi

dan pengujian mekanik.

1.2 Tujuan Praktikum

1.

Menentukan kekuatan tarik komposit polyester berpenguat serat gelas dari

hasil proses manufaktur wet hand lay up dan compression molding

2. Menentukan fraksi volume komposit polyester berpenguat serat gelas dari

hasil proses manufaktur wet hand lay up dan compression molding


3/14

BAB II

DASAR TEORI

Komposit merupakan material yang tersusun dari 2 atau lebih material berbeda

dan perbedaan material tersebut dapat diamati secara makroskopis. Komposit terdiri

dari dua komponen penyusun yaitu matriks dan penguat. Matriks adalah material

pengikat dari komposit. Penguat adalah komponen komposit yang memberikan

kekuatan pada komposit.

Material komposit diklasifikasikan sebagai berikut:

Berdasarkan jenis penguat:

Particle-reinforced composites

– Large-particle composites (Cermets: tungsten carbida in cobalt, semen)

– Dispersed-strenghtened composites (alumina in Al, Thoria in Ni alloy)

Fiber-reinforced composites: konstruksi kaku, kuat dan ringan

– Discontinuous (Short) fiber composites

– Continuous (long) fiber composites

Structural-reinforced composites

– Laminar composites (kayu multipleks, laminate carbon epoxy)

– Sandwich composites : Honeycomb-carbon epoxy composites, corrugated

paper - paper)

Berdasarkan jenis matriks :

Polymer matrix composites (PMC) : Komposit dengan matriksnya polimer

– Carbon fibre reinforced polymer

– Glass fibre reinforced polymer

– Metal fibre reinforced polymer

Gambar 2.1 Fiber-reinforced Composi


4/14

Metal matrix composites (MMC) : Komposit dengan matriksnya logam

– Boron or carbon fibre reinforced Aluminium

– Alumina particle reinforced Aluminium

Ceramic matrix composites (CMC): Komposit dengan matriksnya keramik

– Zirconia in alumina

– Carbon fibre reinforced carbon

Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat pada komposit antara lain :

1. Fraksi volume material penyusun

Salah satu faktor yang mempengaruhi sifat komposit adalah

perbandingan antara matriks dan penguat atau fraksi volume masing-masing

penyusun. Sesuai rumus:

Selain itu, fraksi volume juga akan mempengaruhi kekuatan komposit

sesuai rumus Rule of Mixture berikut:

dimana:

: kekuatan material (Mpa)E : kekakuan material (Mpa)

V : fraksi volume

ρ : densitas (gr/cm3)

c: komposit, f: fiber, m: matriks

2. Sifat dari material penyusunnya

yaitu sifat dari matriks dan penguat yang digunakan. Penggunaan penguat

maupun matriks tertentu akan menghasilkan sifat komposit tertentu. Berikut

table densitas, stiffness, tensile strength dan strain dari matriks termoset,

matriks termoplas dan penguat serat/fiber:

mm f f c V V EEE mm f f c V V

mm f f c V V ρρρ


5/14

Dari tiga tabel diatas akan

diperoleh sifat mekanik yang berbeda bila kita menggunakan komposit

poliester berpenguat serat gelas dengan komposit epoxy berpenguat serat

karbon.

3. Orientasi serat pada komposit

Pada material komposit berpenguat serat, orientasi serat menjadi faktor

penting yang mempengaruhi sifat mekanik komposit. Hal ini disebabkan

komposit berpenguat serat bersifat anisotropi, yakni sifat material berbeda

bergantung pada arah. Pada komposit berpenguat serat dengan orientasi

random, sifatnya cenderung lebih isotropi.

4. Interface properties

Adanya adhesi/ikatan yang baik dapat meningkatkan sifat mekanik

komposit karena perpindahan beban yang diterima material dari matriks ke

serat melalui interface.

5. Proses Manufaktur

Proses Manufaktur pada komposit matriks polimer termoplas dan

termoset berbeda.

Termoset : melalui proses curing, viskositas rendah, temperatur proses rendah,

bentuk awal cair dan kemudahan impregnasi

Termoplas : tidak ada curing, viskositas tinggi, temperatur proses tinggi,

bentuk awal padat dan sulit impregnasi


6/14

Proses manufaktur komposit dengan matriks thermoset ialah sebagai berikut :

1. Wet Hand Lay-Up

Pada proses wet hand lay-up, dry reinforcement dan resin (+ katalis) ditaruh

pada permukaan cetakan. Resin ditekan dengan menggunakan rol untuk

diimpregnasi. Beberapa lapisan dapat ditambahkan secara bertahap sesuai

kebutuhan. Setelah diimpregnasi komposit akan mengalami curing dan mengeras.

Kelebihan : pemrosesan mudah dan bahan lebih murah

Kekurangan : hasil akhir tidak begitu bagus

Aplikasi : tangki penyimpanan air, badan perahu, dan bath-up.

2. Compression Molding

Pada compression molding, preform serat diletakkan pada cetakan. Ketika

panas dan tekanan diberikan oleh cetakan, preform mengalir sesuai bentuk

komponen yang diinginkan. Kemudian terjadi curing dan setelah terjadi

pengerasan yang cukup, didapat komposit yang diinginkan. Compression molding

memerlukan pemanasan dan tekanan yang tinggi. Metode ini digunakan untuk

pembuatan pintu mobil.

Kelebihan : Hasil lebih bagus dari wet hand lay up

Kekurangan : Membutuhkan alat untuk menekan, waktu curing lama

Gambar 2.2 proses manufaktur dengan metode wet hand lay-up

Gambar 2.3 proses compression molding


7/14

3. VARI (Vacuum Assisted Resin Injection)

VARI dilakukan pada kondisi vakum dan tekanan yang relatif konstan dan

tidak terlampau besar sehingga jumlah udara yang terjebak didalam komposit bisa

diminimalisir yang berimplikasi pada jumlah void yang bisa diminimalisir juga.

Semakin kecil fraksi volume void maka impregnasi akan semakin baik dan gaya

antar muka antara matriks dan serat dapat terjadi dengan baik. Cara kerja VARI ini

adalah dengan mengadakan lapisan ruang vakum untuk men-impregnasi

menggunakan driving force resin ke serat (penguat) dengan prinsip dasar adanya

perbedaan tekanan di bagian runag vakum dan di udara luarnya. Ruang vakum

memiliki tekanan yang lebih besar dibanding udara bagian luar.

Proses manufaktur komposit dengan matriks thermoplas ialah sebagai berikut :

1. Prepeg Lay up

Kelebihan : Hasil sangat bagus

Kekurangan : Mahal dan membutuhkan panas

2. Compression Molding

Kelebihan : Hasil lumayan bagus

Kekurangan : membutuhkan alat pressure dan membutuhkan panas

Gambar 2.4 proses prepreg lay up

Gam bar 2.5 proses compression molding


8/14

3. Diapraghm forming

Kelebihan : Hasil bagus

Kekurangan : Membutuhkan kantong untuk prepreg dan membuhkan panas

4.

Injection Molding

Kelebihan : Bisa mass production

Kekurangan : Membutuhkan panas

Gambar 2.6 proses doapraghm formi

Gambar 2.7 proses injection mold


9/14

BAB III

DATA PENGAMATAN

3.1 Data Pengamatan

Serat : Fiber glass (ρ = 2.5 gr/cm3)

Matriks : Polyester (ρ = 1.16 gr/cm3)

Metode : (1) Wet Hand Lay Up

(2) Compression Molding

Jumlah Layer : 4 layer

Beban Tarik (F) : 3400 N (1) ; 7000 N (2) ; 1500 N (matriks) Panjang x Lebar x Tebal : 250 x 25.06 x 2.54 mm (1)

150 x 19.76 x 1.21 mm (2)

Massa kering Komposit : 1.76 gr (1) ; 0.77 gr (2)

Massa Komposit Terendam : 0.39 gr (1) ; 0.15 gr (2)

Massa Serat : 0.54 gr (1) ; 0.56 gr (2)

3.2 Pengolahan Data

Pengujian Tarik : (1) σ = F/A = 3400/(25.06*2.54) = 53.41 MPa

(2) σ = F/A = 7000/(19.76*1.21) = 292.77 MPa

(matriks) σ = F/A = 1500/(11.7*5.5) = 23.31 MPa

Fraksi Volume : Perhitungan fraksi berdasarkan persamaan berikut :

- Volume komposit Vc = (Mc-Ms)/ρair - Densitas komposit ρc = Mc/Vc

- Fraksi volume serat f = (Wserat/ρserat) / Vc - Fraksi void : v = 1 – f – m

- Fraksi volume matrix m = (Mc -Wserat/ρmatriks) / Vc

Hasil perhitungan penentuan fraksi volume sebagai berikut :


10/14

BAB IV

ANALISIS DATA

Praktikum modul ini bertujuan untuk menentukan kekuatan tarik komposit

polyester berpenguat serat gelas dan fraksi volumenya dimana proses pembuatan

komposit tersebut dilakukan dengan metode wet hand lay up dan compression

molding. Data yang diperoleh berupa data gaya tarik maksimum, dimensi dan massa

komposit serta massa serat.

Proses pembuatan komposit dilakukan dengan mencampurkan polimer dan

serat gelas sebanyak empat layer. Kemudian komposit tersebut didiamkan sampai

mengeras, dimana untuk metode compression molding didiamkan dalam cetakan

yang diberi tekanan dari luar. Komposit yang sudah mengeras tersebut kemudian

dipotong dengan ukuran tertentu untuk dilakukan uji tarik, uji bakar dan uji densitas.

Uji tarik dilakukan untuk memperoleh tegangan komposit, uji bakar dilakukan untuk

memperoleh massa serat dan uji densitas dilakukan untuk memperoleh massa rendam

komposit. Dari data-data yang diperoleh tersebut kemudian diolah untuk

mendapatkan kekuatan komposit dan fraksi volume matriks, serat dan voidnya.

Fraksi volume yang dihasilkan dari pengujian ini menunjukan bahwa pada

metode wet hand lay up, sebagian besar komposit terisi oleh matriks (77%) dan

sedikit sekali void (7%). Sedangkan pada metode compression molding, kandungan

komponen penyusunnya hampir sama. Fraksi volume yang berbeda-beda ini akan

mempengaruhi sifat-sfat komposit yang terbentuk. Perbedaan fraksi volume ini

disebabkan terutama oleh jenis pemrosesan yang berbeda.

Pada metode wet hand lay up, matriks yang cukup banyak disebabkan oleh

penuangan resin yang berlebih pada tiap layer serat. Resin yang berlebih ini

mengakibatkan proses impregnasi ke sela-sela serat cukup cepat karena tekanan yang

diberikan semakin besar. Saat meratakan permukaan layer dengan roller, roller

tersebut tidak berputar sehingga harus dipaksa bergerak dan mengakibatkan proses

Surya Eko 13713054


11/14

perataan menjadi lama. Akibat proses perataan yang lama tersebut mengakibatkan

sudah ada resin yang terimpregnasi sempurna dan mulai mengeras dan

mengakibatkan fraksi void komposit yang terbentuk sangat kecil. Sedangkan pada

metode compression molding, resin yang dituangkan sedikit dan setelah proses

penuangan resin langsung diratakan sehingga ada kemungkinan udara terperangkap

disela-sela serat dan mengakibatkan fraksi void yang terbentuk cukup besar (35%).

Resin yang baru terimpregnasi kedalam sela-sela serat kemudian langsung ditekan

dengan menggunakan mesin sehingga ada kemungkinan resin yang belum mengeras

akan tertekan keluar cetakan dan mengeras diluar yang mengakibatkan fraksi volume

matriks menjadi lebih sedikit sedangkan matriks didalam yang sudah mulai mengeras

kesulitan melepas udara yang terperangkap didalam sehingga kandungan void masih

tetap tinggi.

Hasil pengujian tarik menunjukan bahwa kekuatan tarik tertinggi pada

pengujian ini dimiliki oleh komposit dengan metode compression molding, disusul

komposit dengan metode wet hand lay up dan terakhir matriks itu sendiri. Kekuatan

tarik kedua komposit yang lebih tinggi daripada matriks disebabkan oleh adanya serat

gelas yang memiliki kekuatan lebih tinggi daripada matriks sehingga berdasarkan

rule of mixture kekuatan tarik kompositnya akan meningkat.

Secara teori, rule of mixture ideal dengan fraksi volume void diabaikan yaitu

σkomposit = σf Vf /2+ σm Vm = 3450*0.5/2 + 50*0.5 = 887.5 MPa (longitudinal)

Adanya perbedaan kekuatan tarik hasil pengujian dengan hasil teoritis disebabkan

oleh beberapa hal, seperti adanya void, keseragaman serat dan matriks serta dimensi

specimen.

Adanya void pada kedua proses secara tidak langsung mempengaruhi

kekuatan komposit karena void akan menghalangi transfer energy dan memicu

inisiasi crack dan jika void berada diserat menimbulkan kekuatan interfase komposit

jelek. Void tersebut muncul karena proses pengerjaan yang kurang baik oleh

praktikan. Idealnya pada komposit, arah serat sejajar dan kontinu dengan arah


12/14

pembebanan agar tegangan yang diterima serat bisa maksimal. Namun kenyataannya,

arah serat pada kedua jenis komposit tersebut tidak sejajar, ada yang tergunting dan

tercabut sehingga ketika komposit diberi pembebanan serat tidak menerima tegangan

secara maksimal. Selain itu, luas penampang kedua komposit yang dijadikan sampel

uji tarik berbeda juga turut mempengaruhi nilai kekuatan yang diperoleh. Luas

penampang komposit yang kecil memiliki defek void yang lebih sedikit dibandingkan

luas penampang yang lebih besar sehingga dapat dikatakan luas penampang specimen

yang kecil memiliki kepresisian kekuatan yang lebih tinggi. Yang terakhir faktor

kerataan dan dimensi tiap specimen yang berbeda akibat proses pemotongan yang

kurang baik juga turut mempengaruhi keakuratan data yang diperoleh.


13/14

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Kekuatan tarik komposit polyester berpenguat serat gelas dengan metode

manufaktur wet hand lay up yaitu sebesar 53.41 MPa sedangkan kekuatan

tarik dengan menggunakan metode manufaktur compression molding sebesar

292.77 MPa.

2. Fraksi volume serat, matriks dan void pada komposit polyester berpenguat

serat gelas dengan metode wet hand lay up yaitu sebesar 0.16, 0.77 dan 0.07sedangkan fraksi volume serat, matriks dan void dengan metode compression

molding sebesar 0.36, 0.29 dan 0.35.

5.2 Saran

Perlu metode karakterisasi lain sebagai pembanding pengukuran fraksi

volume


14/14

DAFTAR PUSTAKA

1. Astrom, B.T., “ Manufacturing of Polymer Composites”, 1st ed., Chapman and

Hall, London, 1997.

2. Judawisastra, Hermawan. 2011. Slide Mata Kuliah MT 3204 Material

Komposit. Rev 04. Program Studi Teknik Material. FTMD-ITB.

3. Judawisastra, Hermawan. Slide Mata Kuliah MT 3234 Material Komposit.

Micromechanics. Ver 2b. Program Studi Teknik Material. FTMD-ITB.

LAMPIRAN

Tugas setelah Praktikum

Sudah terjawab di Bab 2.

Tugas Tambahan

1. Gambar contoh Large and Dispersed Reinforced Composite

Jawab :

1.

Documents

Modul A Proses Pembuatan dan Karakterisasi Komposit