BAB III PENGUJIAN SIFAT MEKANIK MATERIAL Pada pemodelan numerik (FEM) dibutuhkan input berupa sifat material dari bahan yang dimodelkan. Sedangkan pada tugas akhir ini digunakan material komposit alami yang data literatur sifat mekanik materialnya belum ada. Dengan demikian dilakukan pengujian untuk menentukan sifat mekanik material bahan tersebut. 3.1 Pembuatan Spesimen Spesimen yang akan dibuat untuk pengujian terdiri dari 3 jenis yaitu komposit Rami/Epoxy dan Serat Kelapa/Epoxy untuk lapisan face dan Serbuk Kelapa/Latek untuk lapisan core. Untuk lapisan face digunakan bahan serat rami dan serat kelapa. Sedangkan lapisan core digunakan serbuk kelapa yaitu bahan yang berupa serbuk atau sekam (granule) yang dipisahkan dari serat kelapa. Bahan ini digunakan karena memiliki massa jenis yang kecil dan memiliki sifat yang sesuai sebagai core, selain itu proses pembuatannya relatif lebih mudah karena lebih mudah meratakan antara serbuk dengan matriknya. Kemudian sebagai matriksnya, yang berfungsi sebagai perekat, digunakan lem putih PVAc (Polyvinyl Acetat) yang terdapat dipasaran sebagai matrik pada core, sedangkan untuk face digunakan lem epoxy. Gambar 3.1 Bahan Serat yang Digunakan 26
Gambar 3.2 Serbuk Kelapa dan Matrik yang Digunakan Pada pembuatan material komposit kali ini untuk menentukan jumlah matrik dan serat atau serbuk digunakan perbandingan volume antara serat atau serbuk dengan matrik yang digunakan. Perbandingan volume yang digunakan pada pembuatan spesimen uji kali ini, didapat berdasarkan beberapa kali percobaan dengan menggunakan perbandingan volume yang berbeda. Dari percobaan-percobaan tersebut ditentukan perbandingan volume yang sesuai berdasarkan hasil yang didapat dari segi berat, kerapatan, kekakuan, dan proses pemanasannya. Untuk bagian core, ditentukan perbandingan volume antara serbuk kelapa dengan lem putih adalah 5 : 3. Pada saat pembuatannya serbuk kelapa ditekan sedemikian rupa sehingga dengan volume yang berdasarkan berat yang dibutuhkan dapat dimasukan semuanya ke dalam cetakan yang digunakan, karena volume serbuk kelapa pada keadaan kering akan memiliki volume 3 kali lipat dibandingkan dengan volume setelah dicampur dengan lem dan ditekan. Pemberian tekanan ini bertujuan untuk mendapatkan kekakuan yang lebih besar dan daya rekat antar serbuk yang lebih kuat. Kemudian untuk bagian face ditentukan perbandingan volume antara serat dengan matriks adalah 1:1. Cara yang akan digunakan untuk membuat spesimen uji ini adalah cara closed mold untuk core dan hand lay-up untuk pembuatan face. Adapun peralatan yang digunakan untuk membuat bahan komposit dengan metode tersebut antara lain : Kuas ukuran sedang 1 buah gelas ukur 27
2 buah pelat besi yang telah dilubangi pada bagian pinggir untuk memasukkan mur baut untuk alas dan penekan bahan face Cetakan sesuai dengan ukuran core yang dibutuhkan untuk uji karakteristik bahan yaitu 3 x 3 x 3 cm Alat penekan dan pemberat Mangkuk plastik Mistar Amplas Pisau Cutter Hand saw Timbangan elektronik Jangka sorong b. cetakan core a. cetakan face Gambar 3.3 Cetakan yang Digunakan Bahan yang digunakan sebagai berikut: Serat Kelapa Serat Rami Serbuk kelapa Lem Putih PVAc Epoxy wax 28
3.1.1 Pembuatan Core Material pembentuk core berupa serbuk kelapa dan latek (lem putih PVAc) sebagai matrik yang disatukan dengan panas sebagai kataliatornya. Proses dalam pembuatan core terdiri dari beberapa tahap yaitu : 1. Ukur jumlah serbuk kelapa dan lem yang dibutuhkan sesuai dengan perbandingan volume dan ukuran dari core. 2. Kemudian campurkan serbuk kelapa dengan lem sedikit demi sedikit dan diaduk sampai merata antara serbuk dengan lem. 3. Kemudian setelah merata, masukan kedalam cetakan dan tekan sampai padat. Sebelumnya cekatan sudah diolesi dengan wax agar setelah selesai mudah dilepas dari cetakan. 4. Cetakan yang telah diisi oleh bahan core tersebut diletakkan diatas plat yang sebelumnya dipanaskan dengan temperatur sedang sekitar 60 0 70 0 selama sekitar 2 3 jam. 5. Tunggu sampai temperaturnya turun untuk memastikan lem telah kering dan merekat dengan baik selama sekitar 5 6 jam kemudian baru lepaskan dari cetakan. 3.1.2 Pembuatan Face Material pertama yang digunakan sebagai pembentuk face adalah serabut kelapa sebagai serat dan epoxy sebagai matrik. Proses dalam pembuatan face terdiri dari beberapa tahap yaitu : 1. Menyediakan epoxy (50% epoxy dan 50% katalis) dan serabut kelapa yang telah dipisahkan dari granulnya. 2. Menentukan perbandingan fraksi volume antara epoxy dan serat kelapa, perbandingan volume yang digunakan adalah 60% serabut kelapa dan 40% epoxy. 3. Mengukur volume serabut kelapa dan epoxy sesuai dengan perbandingan volume dan cetakan yang digunakan. 4. Serabut kelapa dimasukkan ke dalam cetakan, kemudian epoxy dituangkan sedikit demi sedikit sambil ditekan menggunakan rolling sampai merata. 29
5. Untuk mengatur ketebalannya digunakan pelat kecil dengan ukuran tertentu yang dijepitkan diantara kedua permukaan pelat cetakan. 6. Cetakan ditutup dan dibaut sampai serabut kelapa benar-benar tertekan. 7. Face dikeluarkan dari cetakan setelah didiamkan beberapa waktu sehingga matrik sudah dapat mengeras. Untuk material kedua yang digunakan sebagai pembentuk face adalah serat rami sebagai serat dan epoxy sebagai matrik. Proses dalam pembuatan face terdiri dari beberapa tahap yaitu : 1. Menyediakan epoxy (50% epoxy dan 50% katalis) dan serat rami (woven). 2. Menentukan perbandingan fraksi volume antara epoxy dan serat rami (woven), perbandingan volume yang digunakan adalah 50% serat rami dan 50% epoxy. 3. Mengukur ukuran serat rami (woven) dan volume epoxy sesuai dengan perbandingan fraksi volume dan cetakan yang digunakan. 4. Tuangkan campuran epoxy dan katalis tersebut ke atas pelat besi cetakan secara merata dengan menggunakan bantuan kuas. Kemudian letakkan lembar pertama serat diatasnya. 5. Tuangkan kembali campuran epoxy dan katalis keatas lembar pertama sambil ditekan dengan bantuan kuas agar serat dan epoxy merata pada setiap bagian. 6. Ulangi langkah tersebut sampai lembar terakhir serat dan campuran resin habis dan kemudian tutup pelat besi tersebut dengan bagian atas pelat dan kemudian ditekan dengan cara mengencangkan mur baut di bagian yang berlubang dari cetakan. 7. Sebelum komposit benar-benar kering, potong komposit sesuai ukuran dengan cutter dan mistar. 3.2 Prosedur dan Peralatan Pengujian Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa pengujian dilakukan dengan melakukan pengujian tarik untuk menguji material face dan uji tekan untuk menguji material core serta pengujian buckling itu sendiri. 30
3.2.1 Pengujian Tarik Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan mesin uji serbaguna UTM Dartec berkapasitas 250 kn. Pembebanan dikendalikan dengan komputer yang juga berfungsi sebagai sistem akuisisi data. Selama pengujian, data berupa gaya (load) dan perpindahan (stroke atau extension) spesimen diambil dengan interval yang cukup kecil dan disimpan untuk pengolahan lebih lanjut. Spesimen uji tarik berukuran 25 x 2,5 x 0,2 cm berbentuk tulang. Gambar dibawah ini menunjukkan dimensi spesimen uji tarik. Gambar 3.4 Spesimen Uji Tarik Langkah-langkah pengujian adalah : 1. Ukur lebar, tebal dan panjang spesimen sesuai dengan dimensi yang telah ditentukan. 2. Siapkan komputer pengendali mesin uji, gunakan perangkat lunak untuk mengendalikan mesin dan akuisisi data. 31
3. Pasang spesimen pada pemegang spesimen. Perhatikan agar spesimen terpasang tegak lurus. 4. Spesimen terlebih dahulu dijepit dengan pemegang bagian atas. 5. Selanjutnya cross head mesin diturunkan agar bagian bawah spesimen berada diantara pemegang bagian bawah untuk dapat pula dijepit. 6. Reset beban menjadi nol. 7. Pengujian dimulai dan lakukan hingga spesimen patah. 3.2.2 Pengujian Tekan Pengujian tekan dilakukan dengan menggunakan mesin uji serbaguna UTM Dartec berkapasitas 250 kn. Pembebanan dikendalikan dengan komputer yang juga berfungsi sebagai sistem akuisisi data. Selama pengujian, data berupa gaya (load) dan perpindahan (stroke atau extension) spesimen diambil dengan interval yang cukup kecil dan disimpan untuk pengolahan lebih lanjut. Spesimen uji tarik berukuran 3 x 3 x 3 cm. Gambar dibawah ini menunjukkan dimensi spesimen uji tarik. Gambar 3.5 Spesimen Uji Tekan Langkah-langkah pengujian adalah : 1. Ukur lebar, tebal dan panjang spesimen sesuai dengan dimensi yang telah ditentukan. 2. Siapkan komputer pengendali mesin uji, gunakan perangkat lunak untuk mengendalikan mesin dan akuisisi data. 3. Letakkan spesimen diatas alat uji dengan sebelumnya pada bagian atas dan bawah spesimen diberi pelat besi sesuai dengan ukuran spesimen. 4. Gerakkan bagian atas alat uji sehingga spesimen tertekan pada kedua arah. 32
5. Reset beban menjadi nol. 6. Pengujian dimulai dan lakukan hingga spesimen rusak. 3.3 Hasil Pengujian 3.3.1 Hasil Uji Tarik Dari hasil pengujian tarik, diperoleh harga modulus elastisitas bahan Rami/Epoxy seperti terlihat pada tabel 3.1 di bawah ini, Tabel 3.1 Data Hasil Pengujian Tarik Rami/Epoxy Spesimen E (MPa) Ultimate Strength (MPa) 1 5098 85,65 2 5796 93,53 3 5199 87,09 4 5171 79,61 5 4158 87,62 Ratarata 5084,40 86,70 Gambar 3.6 Grafik Hasil Pengujian Tarik Rami/Epoxy untuk Spesimen 1 3.3.2 Hasil Uji Tarik Serat Kelapa/Epoxy Dari hasil pengujian tarik, diperoleh harga modulus elastisitas bahan Rami/Epoxy seperti terlihat pada tabel 3.2 di bawah ini, 33
Tabel 3.2 Data Hasil Pengujian Tarik Serat Kelapa/Epoxy Spesimen E (MPa) Ultimate Strength (MPa) 1 686 13,444 2 460 9,801 3 565 13,319 4 406 9,298 5 572 8,167 Ratarata 537,8 10,8058 Gambar 3.7 Grafik Hasil Pengujian Tarik Serat Kelpa/Epoxy untuk Spesimen 3 3.3.3 Hasil Uji Tekan Serbuk Kelapa/Latek Dari hasil pengujian tarik, diperoleh harga modulus elastisitas bahan Rami/Epoxy seperti terlihat pada tabel 3.3 di bawah ini, Tabel 3.3 Data Hasil Pengujian Tekan Serbuk Kelapa/Latek E Spesimen (MPa) 1 18,95 2 17,47 3 15,07 4 18,95 5 16,65 Ratarata 17,418 34
Gambar 3.8 Grafik Hasil Pengujian Tekan Serbuk Kelapa/Latek Spesimen 2 Grafik-grafik hasil pengujian untuk specimen lainnya ada pada lampiran A. 35