PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP INTERFACIAL SHEAR STRENGTH DAN WETTABILITY

PADA SERAT CANTULA

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

MUHAMMAD KHAIRUL BAHTIAR NIM. I0411033

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2017

iv

ABSTRAK

PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP INTERFACIAL SHEARSTREGTH DAN WETTABILITY PADA SERAT CANTULA

Muhammad Khairul BahtiarJurusan Teknik Mesin

Universitas Sebelas MaretSurakarta

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan panasterhadap interfacial shear strength (IFSS) dan wettability pada serat cantula.Perlakuan panas dilakukan pada suhu 100oC, 110oC, 120oC dan 130oC selama 10jam. Perlakuan panas merupakan salah satu metode fisik untuk meningkatkan sifatfisik serat cantula. IFSS dievaluasi dengan melakukan pengujian single fiber pullout. Wettability dievaluasi dengan mengukur sudut kontak yang terbentuk antaracairan penyelidik dengan serat cantula. Sudut kontak digunakan untukmenentukan energi permukaan serat. Hasil dari pengujian menunjukkan perlakuanpanas meningkatkan IFSS dan wettability serat cantula. IFSS paling tinggidiperoleh pada suhu 130oC sebesar 2,97 MPa. Sudut kontak paling kecil diperolehpada suhu 130oC dengan energi permukaan paling tinggi sebesar 43,86 mJ/m2.

Kata kunci: perlakuan panas, IFSS, wettability, serat cantula

v

ABSTRACT

EFFECTS OF HEAT TREATMENT ON INTERFACIAL SHEARSTRENGTH AND WETTABILITY OF CANTALA FIBER

Muhammad Khairul BahtiarMechanical Engineering Department

Sebelas Maret UniversitySurakarta

This study aims to determine the effect of heat treatment on interfacial shearstrength (IFSS) and wettability on cantala fiber. The heat treatment carried out at atemperature of 100oC, 110oC, 120oC and 130oC for 10 hours. The heat treatment is one ofphysical method to improve the physical properties of cantala fiber. IFSS was evaluatedby single fiber pull out test. Wettability was evaluated by measuring the contact angleformed between liquid probe with cantala fiber. The contact angle is used to determinethe surface energy of fiber. The result of the testing indicate the heat treatment improvingIFSS and wettability cantala fiber. The highest IFSS obtained at temperature 130oC of2,97 MPa. The smallest contact angle obtained at temperature 130oC with the highestsurface energy of 43,86 mJ/m2.

Keywords: heat treatment, IFSS, wettability, cantala fiber

vi

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, hingga akhirnya penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik, di

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah membantu dan

menginspirasi dalam pembuatan skripsi ini khususnya kepada:

1. Keluarga tercinta; Bapak Basuki dan Ibu Sumarsi yang selalu memberikan

motivasi, memberikan kasih sayang yang luar biasa dan selalu mendoakan

setiap saat sehingga saya dapat menyelesaikan studi di Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret.

2. Bapak Teguh Triyono, S.T., M.Eng dan Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo,

M.T. selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan,

serta arahan dengan sangat baik selama penelitian dan penulisan skripsi.

3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. selaku Ketua Prodi Teknik

Mesin Universitas Sebelas Maret.

4. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T. dan

Bapak Sukmaji Indro Cahyono, S.T., M.T. selaku penguji kelayakan

skripsi ini.

5. Dosen-dosen Teknik Mesin UNS yang telah membagikan ilmu dan

pengalaman.

6. Rekan-rekan Mecheng 2011 yang selalu mengingatkan dan memberikan

dorongan, yang telah berjuang bersama untuk menyelesaikan studi di

Teknik Mesin UNS.

7. Bapak Maruto Adi P, S.T., selaku laboran yang telah memberikan arahan

dan saran selama penelitian berlangsung.

8. Rekan-rekan di Laboratorium Material yang selalu berjuang bersama.

9. Grup Al Kahfi yang memberikan dorongan yang luar biasa untuk saya.

10. Berbagai pihak yang telah membantu jalannya proses penelitian yang tidak

bisa disebutkan satu per satu.

vii

Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat

kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik

dan saran yang membangun dari semua pihak untuk memperbaiki skripsi

ini.

Akhir kata, penulis berharap semoga hasil karya penulis ini dapat

bermanfaat bagi siapa saja.

Surakarta, 2016

Penulis

viii

DAFTAR ISI

ABSTRAK ..................................................................................................... iv

ABSTRACT .................................................................................................... v

KATA PENGANTAR .................................................................................... vi

DAFTAR ISI ............................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x

DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii

DAFTAR NOTASI ...................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 2

1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 2

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................. 2

1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................... 2

1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................... 4

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................. 4

2.2 Dasar Teori ......................................................................................... 6

2.2.1 Komposit ..................................................................................... 6

2.2.2 Fiber ........................................................................................... 7

2.2.3 Serat Cantula ............................................................................... 7

2.2.4 Matrik.......................................................................................... 7

2.2.5 High Density Polyethylene (HDPE) ............................................. 8

2.2.6 Perlakuan Panas Serat .................................................................. 9

2.3 Pengujian Spesimen ............................................................................. 9

2.3.1 Interfacial Shear Strength (IFSS) ................................................. 9

2.3.2 Keterbasahan (Wettability) ......................................................... 11

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 14

3.1 Tempat Penelitian ............................................................................... 14

3.2 Bahan Penelitian ................................................................................ 14

ix

3.3 Alat Penelitian .................................................................................... 15

3.4 Alat Uji ............................................................................................. 18

3.5 Parameter .......................................................................................... 20

3.6 Langkah Kerja Penelitian .................................................................. 20

3.6.1 Persiapan RHDPE .................................................................... 20

3.6.2 Persiapan Serat Cantula ............................................................ 20

3.6.3 Pembuatan Spesimen IFSS ....................................................... 21

3.7 Tahap Pengujian ................................................................................ 22

3.7.1 Pengujian Single Fiber Pull Out ............................................... 22

3.7.2 Pengujian Wettability ................................................................ 24

3.8 Tahap Analisa ................................................................................... 25

3.9 Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 26

4.1 Pengujian Single Fiber Pull Out ........................................................ 26

4.2 Pengujian Wettability ........................................................................ 29

BAB V PENUTUP ....................................................................................... 34

5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 34

5.2 Saran ................................................................................................. 34

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Spesimen single fiber pull out ..................................................... 10

Gambar 2.2 Tingkat wettability menurut ukuran sudut kontak ........................ 11

Gambar 2.3 Skema Pengujian Wettability ...................................................... 12

Gambar 3.1 Cacahan HDPE ........................................................................... 14

Gambar 3.2 Serat cantula ............................................................................... 15

Gambar 3.3 Mesin Hot Press ......................................................................... 16

Gambar 3.4 Timbangan Digital ...................................................................... 16

Gambar 3.5 Oven ........................................................................................... 17

Gambar 3.6 Crusher ...................................................................................... 17

Gambar 3.7 Mikropipet .................................................................................. 18

Gambar 3.8 Universal Testing Machine ......................................................... 19

Gambar 3.9 Stereo Microscope ...................................................................... 19

Gambar 3.10 Pembuatan spesimen single fiber pull out .................................. 21

Gambar 3.11 Spesimen pengujian single fiber pull out ................................... 22

Gambar 3.12 Spesimen pengujian single fiber pull out ................................... 23

Gambar 3.13 Mekanisme pengujian single fiber pull out ................................ 23

Gambar 3.14 Mekanisme pengujian single fiber pull out pada mesin JTM-

UST510 ........................................................................................... 24

Gambar 3.15 Skema pengujian wettability yang dilakukan ............................. 24

Gambar 3.16 Diagram alir penelitian ............................................................. 25

Gambar 4.1 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap IFSS ................ 26

Gambar 4.2(a) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out Tanpa

perlakuan ......................................................................................... 28

Gambar 4.2(a) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 100oC..... 28

Gambar 4.2(b) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 110oC .... 28

Gambar 4.3(c) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 120oC..... 28

Gambar 4.4(d) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 130oC .... 28

Gambar 4.3 Foto makro droplet cairan penyelidik pada serat tampak atas ...... 29

Gambar 4.4 Foto makro droplet cairan penyelidik pada serat tampak bawah .. 29

Gambar 4.5 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap gugus polar ...... 31

xi

Gambar 4.6 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap IFSS dan Energi

Permukaan ....................................................................................... 32

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat Plastik HDPE ............................................................................... 8

Tabel 2.2 Komponen energi permukaan cairan ................................................... 13

Table 4.1 Hasil pengukuran sudut kontak dan perhitungan energi permukaan serat

cantula ............................................................................................... 30

xiii

DAFTAR NOTASI

τ = Tegangan geser interfasial serat matrik (MPa)

P = Beban (N)

D = Diameter serat (mm)

L = Kedalaman serat yang masuk ke dalam matrik (mm)

�� = energi permukaan pada permukaan solid (mJ/m2)

�� = energi permukaan pada permukaan cairan (mJ/m2)

\� = sudut kontak (o)

�� = energi permukaan pada gugus disperse (mJ/m2)

�� = energi permukaan pada gugus polar (mJ/m2)

y = permisalan sumbu y dari rumus 2.4

x = permisalan sumbu x dari rumus 2.4

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan HDPE dan Energi Permukaan ................................. 38

Lampiran 2. Data Pengujian IFSS .................................................................. 41

Lampiran 3. Data Pengujian Wettability ......................................................... 44