TUGAS AKHIR

PENGEMBANGAN KOMPOSIT BERBAHAN EBONIT

DENGAN KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG

DIPERKUAT SERAT RAMI UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana S1

Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

FIKRIA FAWWAZ

D 200 110 007

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

ii

iii

iv

v

vi

MOTTO

““Barang siapa yang keluar dalam menuntut ilmu maka ia adalah

seperti berperang di jalan Allah hingga pulang”

(H.R Tirmidzi)

“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 BERBAHAN EBONIT DENGAN KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG DIPERKUAT SERAT RAMI

UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF

Fikria Fawwaz, Joko Sedyono.

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan,Surakarta

Email : Fiikri13@gmail.com

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik, izod impak dan kekerasan pada komposit berbahan ebonit dengan variasi berat serat rami 0 phr, 30 phr dan 50 phr dan mengetahui hasil permukaan komposit dengan melakukan foto SEM (Scanning Electron microscopy).

Bahan pembuatan komposit yang digunakan adalah ebonit yang diperkuat serat rami yang telah direndam NaOH 5% selama 2 jam. Selanjutnya proses pencampuran karet dimulai dari mencampur karet alam dengan bahan kimia dan serat rami dengan menggunakan mesin two roll mill kemudian karet divulkanisasi menggunakan mesin press mold dengan suhu 150°C.

Pengujian komposit menggunakan standar ASTM D-638-02 untuk pengujian tarik, ASTM D-256-00 untuk uji izod impak dan SNI 0778:2009 untuk uji kekerasan. Hasil pengujian tarik komposit diperoleh tegangan tertinggi yaitu pada komposit ebonit berat serat rami 30 Phr 32,84 N/mm2, Sedangkan untuk regangan tertinggi mempunyai nilai 73% pada komposit ebonit berat serat rami 50 Phr. Dari pengujian kekerasan dan izod impak didapat nilai tertinggi masing-masing 97,70 skala shore A untuk kekerasan dan 31,33 J/mm2 untuk harga impak pada komposit ebonit berat serat rami 30 Phr. Berdasarkan pengamatan foto SEM yang telah dilakukan disimpulkan bahwa masing-masing komposit serat rami memperlihatkan adanya lubang-lubang udara pada permukaan komposit yang disebabkan hilangnya serat dikarenakan interfacial adhesion antara serat dan matrik sangat buruk.

Kata kunci : Komposit, Ebonit, Serat rami, NaOH

viii

DEVELOPMENT OF EBONITE-BASED COMPOSITE WITH SULPHUR CONTENT OF 30 PHR STRENGTHENED WITH JUTE FIBER

FOR AUTOMOTIVE COMPONENTS

Fikria Fawwaz, Joko Sedyono.

Mechanical Engineering Faculty, Muhammadiyah University of Surakarta

A. Yani Street, Tromol Pos 1 Pabelan, Surakarta

Email : Fiikri13@gmail.com

ABSTRACT

Purpose of the research was to know tensile strength, izod impact

and hardness of ebonit-based material with varied jute fiber weights of 0

Phr, 30 Phr and 50 Phr and to know results of composite surface by using

SEM (Scanning Electron microscopy) photograph.

Material of the composite was ebonit strengthened with jute fiber that

had been immersed in 5% NaOH for 2 hours. Then, process of rubber mix

started. Natural rubber mixed with chemical substances and jute fiber by

using a two-roll mill machine and the rubber was vulcanized by using mold

press machine at 150oC.

Test of the composite used standard ASTMD D-638-02 for tensile

strength, ASTM D-256-00 for izod impact test and SNI 0778:2009 for

hardness test. Results of the testing obtained the highest tensile strength

of 32.84 N/mm2 for ebonit composite strengthened with 30 Phr jute fiber.

Highest yield strength of 73% was found in ebonit composite with jute

fibers of 50 Phr. Hardness test and izod impact test found highest values

of 97.70 shore scale for hardness and 31.33 j/mm2 for izod impact in the

ebonite composite with fiber jute of 30 Phr. Based on observation of SEM

photographs, it can be concluded that each ebonite composite

strengthened with jute fiber indicated air bubbles on surface of the

composite that had been caused by very poor interfacial adhesion

between the fiber and matrix.

Key words: composite, ebonite, jute fiber, NaOH

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 “Pengembangan komposit berbahan

ebonit dengan kandungan sulfur 30 PHR yang diperkuat serat rami

untuk komponen otomotif “, 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 Ir. Pramuko Ilmu Purboputro. MT, selaku dosen

pembimbing akademik.

4. Bapak Joko Sedyono, ST., M.Eng., Ph.D, selaku pembimbing

utama yang telah memberikan pengarahan, bimbingan dan

saran hingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

5. Bapak Agus Yulianto, ST,MT. Selaku pembimbing pendamping

yang telah banyak memberikan pengarahan, bimbingan dan

saran dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

6. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta

x

yang telah memberi ilmu pengetahuan kepada penulis selama

mengikuti kegiatan kuliah.

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

memberi semangat dan dorongan, serta terimakasih atas

semua nasehat, bimbingan dan pengorbananmu selama ini

sehingga penulis semangat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Semua do’a dan kasih sayang yang tulus dari mu akan selalu

mengiringi langkahku.

8. Adikku tersayang yang telah menyemangati dan mendo’akan

serta dukungannya atas terselesainya laporan ini, terimakasih.

9. Sahabat, team seperjuanganku Rizki Pradhian, Dika Apr dan

Isnanto terimakasih atas bantuanya dan atas segala suka dan

duka selama penyelesaian Tugas Akhir ini, semoga

persaudaraan tetap terjaga sampai kapanpun.

10. Sahabat kos Putra Asri Herlambang PJ, Dwi W, Edy Nugroho,

Ferdian P. Kita berjumpa karena Allah SWT, dan berpisah juga

karena Allah SWT. Semoga tetap menjaga talisilaturahmi

sampai kapanpun.

11. 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 danTeman-teman.

12. Ibu Novi selalu kepala Laboratorium Riset Karet BBKKP

Yogyakarta. Terimakasih telah banyak membantu dalam

proses penengerjaan spesimen dalam Tugas Akhir ini.

Semoga ilmu ini bermanfaat kedepannya.

13. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin Universitas

Muhammadiyah Surakarta angkatan 2011, yang telah ikut

memberi saran dan motivasi.

xi

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, Desember 2016

Penulis

xii

DAFTAR ISI

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

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

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

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

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

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

LEMBAR PERSEMBAHAN ........................................................................... vii

ABSTRAKSI ................................................................................................ viii

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

DAFTAR ISI .................................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xv

DAFTAR TABEL ......................................................................................... xviii

DAFTAR NOTASI ....................................................................................... xix

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xx

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2. Perumusan Masalah ............................................................... 2

1.3. Batasan Masalah ..................................................................... 3

1.4. Tujuan Penelitian .................................................................... 4

1.5. Manfaat Penelitian .................................................................. 4

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................. 5

xiii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Tinjauan Pustaka .................................................................... 7

2.2. Landasan Teori ....................................................................... 9

2.2.1. Komposit ....................................................................... 9

2.2.1.1. Klasifikasi Komposit .......................................... 11

2.2.1.2. Unsur Utama Pembentuk komposit ................... 15

2.2.2. Karet Alam .................................................................... 17

2.2.3. Bahan-Bahan Kimia ...................................................... 20

2.2.4. Rancangan Kompon ..................................................... 28

2.2.5. Vulkanisasi .................................................................... 29

2.2.6. Ebonite .......................................................................... 30

2.2.7. Serat Rami .................................................................... 32

2.2.8. Perlakuan alkali............................................................. 33

2.2.9. PengujianTarik .............................................................. 34

2.2.10. Pengujian Kekerasan .................................................. 38

2.2.11. Pengujian Impak Izod ................................................. 39

2.2.12. Foto SEM .................................................................... 43

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Diagram Alir Penelitian .......................................................... 45

3.2. Studi Literature dan Survey Lapangan .................................. 46

3.3. Alat – Alat Peneltian .............................................................. 46

3.3.1 Peralatan Penelitian ...................................................... 46

3.3.2 Peralatan Pengujian ...................................................... 53

xiv

3.4. Bahan Penelitian ................................................................... 57

3.5 Lokasi Penelitian ................................................................... 65

3.6 Prosedur Penelitian ............................................................... 65

3.6.1. Tahap dalam proses perendaman serat rami ............. 65

3.6.2.Tahap dalam proses komponding ................................ 66

3.6.3 Tahap dalam proses Vulkanisasi ................................ 68

3.7.Sampel Uji ............................................................................... 69

3.8. Pengujian Spesimen ............................................................. 70

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil uji tarik komposit ........................................................... 77

4.1.1. Pembahasan hasil uji tarik komposit ............................ 79

4.2. Hasil uji kekerasan ................................................................ 79

4.2.1. Pembahasan hasil kekerasan komposit ....................... 80

4.3. Hasil uji izod impak komposit ................................................ 81

4.3.1. Pembahasan hasil uji izod impak ................................. 82

4.4. Hasil dan pembahasan foto SEM ........................................... 83

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ........................................................................... 87

5.2. Saran ..................................................................................... 88

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Continous fiber composite .................................................... 12

Gambar 2.2. Woven fiber composite ......................................................... 12

Gambar 2.3. Chopped fiber composite ...................................................... 12

Gambar 2.4. Hybrid composite .................................................................. 13

Gambar 2.5. Paticulate Composite ............................................................ 13

Gambar 2.6. Laminates Composites ......................................................... 14

Gambar 2.7. Rumus Struktur Kimia Karet Alam............ .... ........................ 18

Gambar 2.8. Reaksi antara sulfur dan molekul karet pada vulkanisasi ..... 30

Gambar 2.9. Dimensi Pengujian Tarik ....................................................... 35

Gambar 2.10. Kekerasan shore A dan shore D ........................................... 39

Gambar 2.11. Skematik Uji Impak ............................................................... 41

Gambar2.12. Skematik Pembebanan Uji impak Charpy dan Izod .............. 42

Gambar2.13. Geometris spesimen uji izod impak ASTM D-256-00 ........... 43

Gambar 2.14. Skema alat foto SEM ............................................................ 44

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian .......................................................... 45

Gambar 3.2. Mesin Two Roll Mill ............................................................... 47

Gambar 3.3. Rheo Meter ........................................................................... 48

Gambar 3.4. Mesin Vulkanisasi Kompon ................................................... 48

xvi

Gambar 3.5. Oven ..................................................................................... 49

Gambar 3.6. Timbangan Digital ................................................................ 49

Gambar 3.7. Silicon Oil 100ml ................................................................... 50

Gambar 3.8. Gelas Ukur ............................................................................ 50

Gambar 3.9. Sarung Tangan ..................................................................... 51

Gambar 3.10. Mold atas dan bawah ............................................................ 51

Gambar 3.11. Frame ................................................................................... 52

Gambar 3.12. Mold untuk spesimen uji kekerasan ...................................... 52

Gambar 3.13. Gunting ................................................................................. 53

Gambar 3.14. Alat bantu lain ....................................................................... 53

Gambar 3.15. Alat Uji Tarik ......................................................................... 54

Gambar 3.16. Alat Uji Kekerasan Shore A .................................................. 55

Gambar 3.17. Alat Uji Impak izod ................................................................ 55

Gambar 3.18.Alat Uji Kadar Air .................................................................... 56

Gambar 3.19. Alat Foto Sem ........................................................................ 56

Gambar 3.20. Karet RSS (Ribbed Smoke Sheet) ........................................ 57

Gambar 3.21.Carbon Black ......................................................................... 58

Gambar 3.22. Zinc Oxide ............................................................................. 59

Gambar 3.23. Stearid Acid ........................................................................... 59

xvii

Gambar 3.24. Parafinnic Oil ........................................................................ 60

Gambar 3.25. MBTS .................................................................................... 61

Gambar 3.26. TMT ....................................................................................... 61

Gambar 3.27. Sulfur ...................................................................................... 62

Gambar 3.28. BHT ....................................................................................... 63

Gambar 3.29. Serat Rami ............................................................................ 63

Gambar 3.30. Aquades ................................................................................ 64

Gambar 3.31. NaOH .................................................................................... 64

Gambar 3.32. Cetakan Untuk Uji Kekerasan Tebal 12mm .......................... 71

Gambar 3.33. Spesimen Uji Kekerasan Shore A ......................................... 72

Gambar 3.34. Spesimen Uji Tarik ................................................................ 72

Gambar 3.35. Spesimen Uji Izod Impak ...................................................... 75

Gambar 4.1. Histogram Tegangan Rata-Rata Pada Pengujian Tarik .......... 78

Gambar 4.2. Histogram Regangan Rata-Rata Pada Pengujian Tarik ......... 78

Gambar 4.3. Histogram Kekerasan Rata-Rata Pada Komposit................... 80

Gambar 4.4. Histogram Harga Impak Rata-Rata Pada Komposit ................ 82

Gambar 4.5. Foto SEM Komposit Ebonit Berat Serat Rami 0 Phr............... 83

Gambar 4.6. Foto Sem Komposit Ebonit Berat Serat Rami 30 Phr .............. 84

Gambar 4.7. Foto Sem Komposit Ebonit Berat Serat Rami 50 Phr ............. 85

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat .................................... 16

Tabel 2.2. Jenis-jenis Carbon Black .......................................................... 26

Tabel 3.1. Formulasi Komposisi Kompon .................................................. 70

Tabel 4.1. Hasil rata-rata pengujian tarik komposit .................................... 77

Tabel 4.2. Hasil rata – rata pengujian kekerasan komposit ....................... 80

Tabel 4.3. Hasil rata – rata harga pengujian impak izod ............................ 81

xix

DAFTAR NOTASI

A = Luas Penampang (mm²)

E = Modulus Elastisitas (N/mm2)

L = Panjang Akhir (mm)

L₀ = Panjang Awal (mm)

𝜎 = TeganganTarik (N/mm2)

ΔL = Pemanjangan (mm)

ε = Regangan (%)

HI = Harga Impak (J/mm2)

P = Panjang (mm)

L = Lebar (mm)

T = Tinggi (mm)

W = Beban (kg)

M = Massa (kg)

xx

DAFTAR LAMPIRAN

1. Tabel Hasil Uji Tarik

2. Tabel Hasil Uji Kekerasan

3. Tabel HasilUji Izod Impak

4. Surat Keterangan Tanda Uji

5. Surat Tanda Uji

6. Laporan Hasil Uji Rheometer