TUGAS AKHIR KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (45 0,50 0,55 0 )

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (45 0,50 0,55 0 ) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh: DHEDHI HENDRAJATI NIM : D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA Maret 2016

2 iii

3 iii

4 iv

5 v

6 HALAMAN MOTTO Karena sesungguhnya allah akan mendatangkan kemudahan setelah kita ditimpa kesusahan (QS Al-insyiroh ayat 5-6) Barang siapa yang mengajak orang lain untuk mengikuti petunjuk, niscaya akan mendapatkan pahala yang sama dengan orang yang mengikutinya tanpa mengurangi pahala mereka sedikitpun (HR. Bukhori) Raihlah ilmu,dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar (Khalifa Umar) vi

7 KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (45 0,50 0,55 0 ) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS Dhedhi Hendrajati, Bibit Sugito, Agus Dwi Anggono Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura mahardikaalvino@gmail.com ABSTRAKSI Penelitian komposit serat batang kulit waru ini bertujuan untuk mendiskripsikan sifat fisis dan mekanis komposit serat batang kulit waru akibat variasi sudut dan mendiskripsikan foto makro komposit serat batang kulit waru setelah dilakukan pengujian tarik dan pengujian impak akibat variasi sudut. Metode yang dilakukan yaitu melakukan alkalisasi serat kulit waru dengan perendaman KMnO 4 5% per 1 liter aquades selama 2 jam. Benda uji dibuat dengan metode Hand Lay-up, perbandingan serat 30%, orientasi serat [-45 0 / 45 0 ];[-50 0 / 50 0 ];[-55 0 / 55 0 ]. menggunakan resin polyester seri BQTN 157. Sifat mekanis yang didapatkan adalah dari pengujian tarik menggunakan standart ASTM D dan pengujian impak menggunakan standart ASTM D dengan variasi sudut 45 0, 50 0, 55 0, serta mendiskripsikan kekuatan tarik, harga impak dan foto makro komposit polyester serat batang kulit waru akibat variasi sudut. Hasil pada pengujian tarik komposit yang disusun simetri [-45 0 /45 0 ],[ /50 0 ],[ /55 0 ] kekuatan tarik maksimum terdapat pada komposit dengan sudut uji 45 0, dimana kekuatan tariknya meningkat yaitu sebesar 42,340 N/mm 2 lebih besar dari pada komposit dengan sudut uji 50 0, dan Sedangkan pada pengujian impak izod komposit yang disusun simetri [-45 0 /45 0 ],[-50 0 /50 0 ],[-55 0 /55 0 ] dimana semakin kecil sudut uji 45 0 maka semakin besar energi yang diserap dan harga impak. Pada foto makro pengujian tarik struktur patahan spesimen komposit bergelombang dan tidak beraturan. Pada sudut uji 55 0 terjadi proses pembesaran void dan broken fiber sangat mendominasi. Sedangkan pada foto makro pengujian impak izod hasil struktur patahan komposit pada uji 45 0 terlihat bahwa spesimen mengalami pull out fiber. Kata kunci : Serat Batang Kulit Waru, Resin polyester, Komposit Laminasi, Variasi Sudut. vii

8 PCHARACTERISTICS OF FIBER SKIN THAT PREPARED HIBISCUS LAMINATE POLYESTER MATRIX WITH FIBER ORIENTATION ( 45 0,50 0,55 0 ) ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES Dhedhi Hendrajati, Bibit Sugito, Agus Dwi Anggono Mechanical Engineering University of Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura mahardikaalvino@gmail.com Abstraction Research hibiscus bark fiber composite rod is intended to describe the physical and mechanical properties of skin stem hibiscus fiber composites due to variation of the angle and macro photographs describe fiber composite skin stem hibiscus after testing the tensile and impact testing due to variations in the angle. The method to do that is to alkalization hibiscus fiber skin by soaking KMnO4 5% per 1 liter of distilled water for 2 hours. The test object is made by Hand Lay-up method, the ratio of 30% fiber, fiber orientation [-45 0 / 45 0 ]; [ /50 0 ]; [ /55 0 ]. using polyester resin series BQTN 157. The mechanical properties obtained are of a tensile testing using standard ASTM D and ASTM impact testing using standard D with the variation of the angle of 45 0, 50 0, 55 0, as well as describe the tensile strength, impact the price and composite macro photo polyester fiber trunk hibiscus skin due to variation of the angle. The results of the tensile test composites prepared symmetry [-45 0 / 45 0 ], [ /50 0 ], [ /55 0 ] contained in the maximum tensile strength of composite with 45 0 test corner, where the strength of its increase in the amount of N / mm2 more greater than the composite with a test corner 50 0, and While the Izod impact testing of composites prepared symmetry [-45 0 / 45 0 ], [ /50 0 ], [ /55 0 ] where the smaller the angle, the greater the test 450 energy is absorbed and the price impact. At the macro image tensile test specimens fault structure composite bumpy and irregular. At an angle of 55 0 trials going on the enlargement process void and broken fiber is very dominating. While the macro image Izod impact testing results of composite fault structure at 45 0 test specimens seen that the pull-out of fiber. Keywords : Fiber Trunk Leather Hibiscus, Polyester Resins, Composite Laminates, Variation Angle. viii

9 HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya, bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang, saya persembahkan tugas akhir ini kepada : 1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi dukungan secara finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu sampai mengantarkan saya sebagai seorang sarjana Teknik Mesin. 2. Semua sahabat - sahabatku Dwi Siswanto, Bayu Febri Anggoro, Trias novan, Agus Wahyudi Irianto, Reza Riyantoko Wibisono, Ervan Effendi, Anda Wahyu yang selalu membantu dan memberi solusi dalam menyelesaikan proses tugas akhir sampai selesai. 3. Seluruh keluarga besarku, terima kasih atas semua dukungan dan semangatnya yang selalu saya dengar setiap waktu. 4. Semua teman temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk menyelesaikan tugas akhir saya. 5. Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, MT selaku kepala laboratorium metalurgi Teknik Mesin,.Kepala laboratorium fisika MIPA UNS dan ketua laboratorium teknik BLKI, terimakasih banyak telah memberikan ijin dan kesempatan untuk menyelesaikan penelitian tugas akhir saya sampai selesai ix

10 KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas segala rahmat dan nikmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (45 0,50 0,55 0 ) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dlam kesempatan ini saya selaku penulis dengan segala hormat dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar besarnya kepada : 1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku jurusan Teknik Mesin. 3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen pembimbing I yang telah membimbing serta bersedia meluagkan waktunya untuk memberikan arahan dan penjelasan dalam penulisan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Agus Dwi Anggono, ST. M.Eng. Ph.D selaku Dosen pembimbing II yang telah bersedia memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini 5. Bapak Patna Partono, ST. MT, selaku Dosen penguji yang telah memberikan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir. 6. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang membantu kelancaran Tugas Akhir. 7. Bapak dan ibuk tercinta yang selalu memberikan doa beserta dukungannya, perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa. x

11 8. Teman teman angakatan 2010 yang banyak memberikan motivasi dan semangat bagi penulis 9. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan terimakasih atas dukungannya. Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati dan penulis ucapkan banyak terima kasih. Semoga semua amal baik yang diberikan semua pihak kepada penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan sempurna dari Allah SWT. Surakarta, Maret 2016 Dhedhi Hendrajati xi

12 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR... v HALAMAN MOTTO... vi ABSTRAKSI vii HALAMAN PERSEMBAHAN... ix KATA PENGANTAR... x DAFTAR ISI... xii DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xviii DAFTAR LAMPIRAN... xix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian... 4 BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan Pustaka Landasan Teori Komposit... 9 xii

13 Klasifikasi Komposit Faktor Ikatan Fiber Matrik Matrik Serat Perlakuan Alkali (KMnO 4 ) Pengujian Density Fraksi Volume Komposit Pengujian KekuatanTarik Kurva Tegangan Regangan Komposit Berpenguat Serat Patahan (Fracture) Pengujian Kekuatan Impak BAB III METODE PENELITIAN Diagram Alir Penelitian Prosedur Penelitian Studi Pustaka Studi Lapangan Persiapan Alat Persiapan Bahan Pengambilan Serat Kulit Waru Perendaman Dan Pengeringan Serat Tahap Pertama Pencucian Serat Menggunakan Cairan Kimia KMnO Pengeringan Serat Tahap Kedua Pemotongan Serat Pengovenan Serat Pengecekan Kadar Air Dalam Serat Pembuatan Komposit Pengujian Tarik xiii

14 Pengujian Impak Izod Foto Makro Bahan dan Alat Bahan Peralatan pendukung BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Data Hasil Pengujian Pengujian Tarik Pembahasan Pengujian Tarik Pengamatan Foto Makro Pembahasan Foto Makro Pengujian Impak Pembahasan Pengujian Impak Pengamatan Foto Makro Pembahasan Foto Makro BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Komposisi Komposit... 9 Gambar 2.2. Skema Uji Densitas (George 2003) Gambar 2.3. Geometri Spesimen Uji Tarik (ASTM D ) Gambar 2.4. Kurva Tegangan Regangan Gambar 2.5. Sifat Komposit Pada Pengujian Tarik Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan Komposit Matrix Failur Mode Gambar 2.7. Kurva Tegangan Regangan Komposit Fiber Failur Mode Gambar 2.8. Skematik Patah Liat Gambar 2.9. Tahap Pada Patahan Cawan dan Kerucut Gambar Skematik Patah Getas Gambar Skematik Pengujian Impak Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Gambar 3.2. Pengambilan Serat Batang Pohon Waru Gambar 3.3. Penjemuran Serat Batang Pohon Waru Tahap Pertama Gambar 3.4. Pencucian Serat Menggunakan Larutan KMnO Gambar 3.5. Penjemuran Serat Batang Pohon Waru Tahap Kedua Gambar 3.6. Pemotongan Serat Gambar 3.7. Proses Pengovenan Serat Gambar 3.8. Geometri Spesimen Pengujian Tarik Standart ASTM xv

16 D Gambar 3.9. Geometri Spesimen Pengujian Impak Standart ASTM D Gambar Dimensi Cetakan Spesimen Uji Tarik Gambar Dimensi Cetakan Spesimen Uji Impak Gambar Alat Foto Makro Dino Lite Gambar Serat Batang Pohon Waru Gambar Resin dan Katalis MEKPO Gambar Kalium Permangate (KMnO 4 ) Gambar Timbangan Digital Gambar Cetakan Serat Gambar Kaca Gambar Alat Suntik Gambar Kantong Plastik Gambar Oven Gambar Jangka Sorong Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Regangan Pada Sudut Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Regangan Pada Sudut Uji Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Regangan Pada Sudut Uji Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Regangan Gambar 4.5. Histogram Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata Rata xvi

17 Dengan Variasi Sudut Gambar 4.6. Histogram Hubungan Antara Modulus Elastisitas Dengan Variasi Sudut Gambar 4.7. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik Pada Sudut Uji 45 0 Dengan Perbesaran 50x Gambar 4.8. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik Pada Sudut Uji 50 0 Dengan Perbesaran 50x Gambar 4.9. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik Pada Sudut Uji 55 0 Dengan Perbesaran 50x. 72 Gambar Histogram Energi Yang Diserap Rata Rata 76 Gambar Histogram Harga Impak Rata Rata. 77 Gambar Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Pada Sudut Uji 45 0 Dengan Perbesaran 50x Gambar Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Pada Sudut Uji 50 0 Dengan Perbesaran 50x Gambar Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Pada Sudut Uji 55 0 Dengan Perbesaran 50x xvii

18 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian Dari Komposit Komersial Tabel 2.2. Karakteristik Unsaturated Polyester Yukalac 157 BQTN- EX Tabel 2.3. Komposisi Unsur Kimia Serat Alam Tabel 2.4. Tensile Properties of Various Fiber Tabel 4.1. Geometri Pengujian Tarik ASTM D Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Pada Sudut Uji 45 0,50 0, dan Tabel 4.3. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut Uji Tabel 4.4. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut Uji Tabel 4.5. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut Uji Tabel 4.6. Geometri Pengujian Impak ASTM D Tabel 4.7. Hasil Pengujian Impak Izod (45 0,50 0,55 0 ) Tabel 4.8. Hasil Pengolahan Data Energi Yang Diserap Pada Pengujian Impak Dengan Sudut Uji (45 0,50 0,55 0 ) Tabel 4.9. Hasil Pengolahan Data Rata Rata Harga Impak Pada Pengujian Impak Dengan Sudut Uji ( 45 0,50 0,55 0 ) xviii

19 DAFTAR LAMPIRAN 1. Grafik Tegangan Regangan Hasil Pengujian Tarik 2. Hasil Perhitungan Tarik 3. Data Pengujian Impak 4. Data Pengujian Densitas 5. Standar Pengujian Impak 6. Standard Pengujian Tarik xix