i

TUGAS AKHIR

PENGEMBANGAN KOMPOSIT BERMATRIK EBONIT

DENGAN KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG

DIPERKUAT SERAT KELAPA UNTUK KOMPONEN

OTOMOTIF

Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Dan Syarat-Syarat Guna Memperoleh

Gelar Sarjana S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta

Disusun :

DIKA ANGGI PRASETYO

NIM : D200110057

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

ii

iii

iv

v

vi

MOTTO

“Jadikanlah sabar dan shalat sebagai penolongmu. Dan sesungguhnya

yang demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu.”

(Q.S Al Baqarah:45)

“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka

apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan, kerjakanlah dengan

sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya pada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharap”

(Q.S. Al Insyiroh: 6-8)

“Sebaik-baik manusia adalah yang paling bermanfaat

bagi manusia lainnya”

(Al Hadits)

“Sebaik-baik pekerjaan setelah iman adalah

belas kasih sesama manusia”

(HR. Thabrani)

vii

PENGEMBANGAN KOMPOSIT BERMATRIK EBONIT DENGAN KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG DIPERKUAT SERAT KELAPA

UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF

Dika Anggi Prasetyo, Joko Sedyono, Agus Hariyanto. Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura email : Aprdika@gmail.com

ABTRAKSI

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan komposit yang

menggunakan variasi berat serat 0 phr, 30 phr, dan 50 phr dengan

melakukan uji tarik dengan standar ASTM D638, uji impak izod dengan

standar ASTM D256, uji kekerasan dengan standar SNI 0778 : 2009 dan

foto SEM dengan alat Jeol JSM-6510LA.

Bahan komposit yang digunakan adalah ebonit sebagai matrik

dengan penguat serat kelapa. Proses pertama yang dilakukan adalah

pemilihan serat kelapa yang kemudian dipotong – potong sepanjang 20

mm kemudian serat direndam menggunakan NaOH 5% per 1 liter

aquades dengan waktu perendaman selama 2 jam,setelah perendaman

selesai serat kelapa dikeringkan sampai kadar air 8%, selanjutnya proses

bembuatan kompon dengan mencampur karet alam dengan bahan –

bahan kimia dan serat yang menggunakan alat two roll mill, kemudian

vulkanisasi dengan metode cetak tekan panas (hot press mold}.

Hasil penelitian diperoleh kekuatan tarik maksimum pada komposit

dengan berat serat 30 phr dengan tegangan sebesar 6,20 N/mm2,

regangan maksimum pada komposit dengan berat serat 30 phr sebesar

84%. Hasil pengujian izod impak rata – rata tertinggi didapat pada berat

serat 30 phr sebesar 29,57 J/mm2, untuk hasil pengujian kekerasan rata –

rata tertinggi didapat pada berat serat 0 phr sebesar 73,100 skala shore A

dan hasil foto SEM diperoleh komposit dengan fraksi berat serat 0 phr

mempunyai struktur yang paling baik.

Kata kunci : komposit, ebonit, serat kelapa, two roll mill, Vulkanisasi

viii

ABSTRACTS

This study was aimed to determine the strength of the composite

using a variation of fiber weight 0 phr, 30 phr and 50 phr by conducting a

tensile test to ASTM D638, Izod test impact with ASTM D256, hardness

test with the standard ISO 0778: 2009 and SEM photo by using JEOL

JSM-6510LA tool.

Composite materials used were ebonite as a matrix with coconut

fiber reinforcement. The first process performed was the selection of

coconut fibers which then cut as length as 20 mm and then fibers were

soaked with NaOH 5% per 1 liter of distilled water with immersion time for

2 hours, after soaking finished coconut fibers were dried until the moisture

content comes to 8%, then the process of compound production was

ended by mixing natural rubber of chemicals materials and fibers using a

two-roll mill, and then the vulcanizing was processed by using the hot

press print method (hot press mold}.

The results of the study showed that by the maximum tensile

strength fiber composite with a weight of 30 phr with a voltage of 6.20 N /

mm2, the maximum strain on the composite with 30 phr fiber weight by

84%. Average Izod impact testing ensued the highest average fiber weight

30 phr of 29.57 J / mm2, for the average hardness test results obtained the

highest average fiber weight of 73.100 scale of 0 phr shore A and the SEM

images obtained from composites with fraction of fiber weight 0 phr had

the best structure.

Keywords: composite, ebonite, coconut fiber, two roll mill,

vulcanization

ix

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Syukur Alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT

atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan

penelitian ini dapat terselesaikan.

Tugas akhir berjudul “Pengaruh suhu sintering pada

pembuatan kampas rem dengan resin serbuk sebagai pengikat“,

dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak. Untuk

itu pada kesempatan ini penulis dengan segala ketulusan dan

keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan

penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D,. sebagai Dekan Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST., Msc., Ph.D, selaku Ketua

Jurusan Teknik Mesin.

3. Bapak Joko Sedyono, ST., M.Eng., Ph.D, Selaku pembimbing

utama yang telah memberikan pengarahan, bimbingan dan

saran hingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

4. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT. Selaku pembimbing

pendamping yang telah banyak memberikan pengarahan,

bimbingan dan saran dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

5. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta yang telah memberi ilmu pengetahuan kepada

penulis selama mengikuti kegiatan kuliah.

6. Bapak dan Ibu tercinta yang setiap waktu selalu mendo’akan,

memberi semangat dan dorongan, serta terimakasih atas

semua nasehat, bimbingan dan pengorbananmu selama ini

x

sehingga penulis semangat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Semua do’a yang tulus akan selalu mengiringi langkahku.

7. Saudaraku Joko dan Aniko yang telah menyemangati dan

mendo’akan serta dukungannya atas terselesainya laporan ini,

terimakasih.

8. Sahabat seperjuanganku Fikri, Isnanto dan Rizki terimakasih

atas bantuanya dan atas segala suka dan duka selama

penyelesaian Tugas Akir ini, semoga pesaudaraan tetap

terjaga sampai kapanpun.

9. Bapak Yudi Yunus selaku pemilik CV. Trinity Rajawali

Universal Surabaya. Terimakasih telah menyediakan Tempat

untuk pembuatan kompon ini dan telah memberikan ilmu yang

sangat bermanfat bagi Saya dan Teman-teman.

10. Ibu Novi selaku kepala Laboratorium Riset Karet BBKKP

Yogyakarta. Terimakasih telah banyak membantu dalam

proses penengerjaan spesimen dalam Tugas Akhir ini.

Semoga ilmu ini bermanfaat kedepannya.

11. Team rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin angkatan

2011, yang telah ikut memberi saran dan motivasi.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari

sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat

membangun dari pembaca sangat diharapkan. Harapan

penulis semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi

penulis dan orang lain.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, Oktober 2016

Penulis

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ........................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iv

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .................................................................. v

LEMBAR MOTTO ........................................................................................ vi

ABSTRAKSI ................................................................................................. vii

KATA PENGANTAR .................................................................................... ix

DAFTAR ISI ................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xvii

DAFTAR SIMBOL ...................................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2. Perumusan Masalah ............................................................. 3

1.3. Pembatasan Masalah ............................................................. 4

1.4. Tujuan Penelitian ................................................................... 5

1.5. Manfaat Penelitian ................................................................. 6

1.6. Sistematika Penulisan ........................................................... 7

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Pustaka .................................................................. 9

2.2. Landasan Teori .................................................................... 11

2.2.1. Komposit .................................................................. 11

xii

2.2.2. Unsur Utama Pembentuk komposit .......................... 14

2.2.2.1.Serat Kelapa ................................................ 14

2.2.2.2.Karet Alam .................................................... 16

2.2.2.3. Bahan - bahan Kimia ................................... 18

2.2.3. Perlakuan Alkali (NaOH) ................................................... 24

2.2.4. Rancangan Kompon.......................................................... 26

2.2.5. Vulkanisasi ........................................................................ 26

2.2.6. Ebonit ................................................................................ 28

2.2.7. Pengujian Tarik ................................................................. 39

2.2.8. Pengujian Kekerasan ........................................................ 33

2.2.9. Pengujian Impact Izod ....................................................... 35

2.2.10. Foto SEM .......................................................................... 38

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian .......................................................... 41

3.2. Studi Literature dan Survey Lapangan .................................. 42

3.3. Alat – Alat Peneltian .............................................................. 42

3.3.1 Peralatan Penelitian ...................................................... 42

3.3.2 Peralatan Pengujian ...................................................... 49

3.4. Bahan Penelitian ................................................................... 51

3.5 Lokasi Penelitian ................................................................... 59

3.6 Prosedur Penelitian ............................................................... 59

3.6.1. Tahap dalam proses perendaman serat kelapa .......... 59

3.6.2. Tahap dalam proses komponding ............................... 60

3.6.3 Tahap dalam proses Vulkanisasi ................................ 62

3.7. Proses Pengambilan Data ..................................................... 63

xiii

3.8. Pengujian Spesimen ............................................................. 65

3.9. Kesulitan – kesulitan yang terdapat dalam penelitian ........... 71

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Pengujian tarik komposit .............................................. 72

4.1.1. Pembahasan Pengujian tarik komposit ........................ 73

4.2. Hasil Pengujian izod impak komposit .................................... 74

4.2.1. Pembahasan hasil Pengujian izod impak komposit ..... 75

4.3. Hasil Pengujian kekerasan komposit..................................... 76

4.3.1. Pembahasan hasil Pengujian kekerasan komposit ...... 76

4.4. Hasil Foto SEM (Scanning Electron Microscopy) .................. 77

4.4.1. Pembahasan Foto SEM ............................................... 79

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ........................................................................... 81

5.2. Saran ..................................................................................... 92

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Chopped fiber composite (Gibson, 1994) ...................... 13

Gambar 2.2 Reaksi sulfur dan molekul karet pada vulkanisasi ....... 27

Gambar 2.3 Dimensi spesimen menurut ASTM D638 ...................... 30

Gambar 2.4 Kekerasan shore A dan shore D ................................... 34

Gambar 2.5 Skematik uji impact (ASTM D256) ................................ 37

Gambar 2.6 Dimensi spesimen menurut ASTM D256 ...................... 37

Gambar 2.7 Skema alat foto SEM (Trewin,1988) ............................ 40

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian .................................................. 41

Gambar 3.2 Mesin Two Roll Mill ...................................................... 43

Gambar 3.3 Mesin vulkanisasi .......................................................... 43

Gambar 3.4 Rheo meter .................................................................. 44

Gambar 3.5 Mold atas dan bawah ................................................... 45

Gambar 3.6 Frame ............................................................................. 45

Gambar 3.7 Cetakan untuk uji kekerasan ......................................... 45

Gambar 3.8 Timbangan digital .......................................................... 46

Gambar 3.9 Gelas ukur 100 ml ......................................................... 46

Gambar 3.10 Alat ukur kadar air ........................................................ 47

Gambar 3.11 Oven .......................................................................... 47

Gambar 3.12 Jangka sorong…………………………………………….. 48

Gambar 3.13 Alat bantu lain ............................................................. 48

Gambar 3.14 Alat uji tarik .................................................................. 49

xv

Gambar 3.15 Alat uji kekerasan shore A .......................................... 50

Gambar 3.16 Alat uji izod impact ...................................................... 50

Gambar 3.17 Alat foto SEM .............................................................. 51

Gambar 3.18 RSS (Ribbed Smoke Sheed) ....................................... 52

Gambar 3.19 Carbon black .............................................................. 52

Gambar 3.20 ZnO (zinc Oxide) .......................................................... 53

Gambar 3.21 Stearic acid ................................................................. 54

Gambar 3.22 Parafinic oil .................................................................. 54

Gambar 3.23 MBTS .......................................................................... 55

Gambar 3.24 TMT ............................................................................. 55

Gambar 3.25 Sulfur ............................................................................ 56

Gambar 3.26 BHT ............................................................................. 56

Gambar 3.27 Serat kelapa ................................................................ 57

Gambar 3.28 Aquades ....................................................................... 57

Gambar 3.29 NaOH ......................................................................... 58

Gambar 3.30 Spesimen uji tarik ....................................................... 65

Gambar 3.31 Cetakan untuk uji kekerasan dengan tebal 12 mm .... 67

Gambar 3.32 Spesimen uji kekerasan ............................................. 67

Gambar 3.33 Spesimen uji izod impak ............................................ 70

Gambar 4.1 Histogram tegangan tarik perpanjangan putus rata – rata

pada pengujian tarik komposit ...................................... 72

Gambar 4.2 Histogram regangan tarik perpanjangan putus rata – rata

pada pengujian tarik komposit ...................................... 73

xvi

Gambar 4.3 Histogram energi serap rata – rata pengujian impact izod

...................................................................................... . 74

Gambar 4.4 Histogram harga impact rata – rata pengujian impact izod

...................................................................................... . 75

Gambar 4.5 Histogram nilai kekerasan rata-rata pada komposit …... 76

Gambar 4.6 Gambar foto SEM berat serat 0 phr ............................. . 77

Gambar 4.7 Gambar foto SEM berat serat 30 phr.............................. 78

Gambar 4.8 Gambar foto SEM berat serat 50 phr ............................ . 79

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis-jenis carbon black ....................................................... 22

Tabel 3.1 Komposisi komposit serat acak dengan variasi berat serat 64

Tabel 4.1 Hasil rata-rata pengujian tarik perpanjangan putus komposit

............................................................................................................. . 72

Tabel 4.2 Hasil rata-rata pengujian impact izod komposit .................. 74

Tabel 4.3 Hasil rata-rata pengujian kekerasan shore A ...................... 76

xviii

DAFTAR SIMBOL

A = Luas diameter (mm²)

σ = Tegangan Tarik (N/mm2)

F = Gaya (N)

Ɛ = Regangan (%)

Eserap = Energi Yang Terserap (J)

Δl = Perubahan panjang (mm)

HI = Harga impak (J/mm²)