TUGAS AKHIR OPTIMALISASI KEKUATAN BENDING DAN IMPACT KOMPOSIT BERPENGUAT SEKAM PADI BERMATRIK UREA FORMALDEHYDE TERHADAP FRAKSI VOLUM DAN TEBAL CORE Diajukan Guna Memenuhi Syarat Untuk Mencapai Derajat Sarjana Strata Satu (S-1) Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : EKO YUWINANTO NIM : D 200 020 104 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2012
ii
iii
iv
v
MOTTO Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan) kerjakanlah dengan sungguhsungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap (Q.S. Alam Nasyrah : 6-8) Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolong dan sesungguhnya yang demikian itu sungguh berat, kecuali bagi orang-orang yang khusyu. Kerjakan segala sesuatu dengan sepenuh hati dengan didasarkan pada rasa ikhlas dan rasa tanggung jawab. Jangan pernah bermalas-malasan dalam mengerjakan sesuatu hal karena dapat menjadi bumerang dalam diri sendiri. vi
PERSEMBAHAN Sujud syukurku pada-mu Illahi Robbi yang senantiasa memberikan kemudahan bagi hamba-nya yang mau berusaha. Petunjuk dan bimbingan-mu selama hamba menuntut ilmu diperantauan berbuah karya sederhana ini yang kupersembahkan kepada : Agamaku yang telah mengenalkan aku kepada ALLAH SWT serta Rosul-Nya danmengarahkan jalan dari gelap-gulita menuju terang benderang, terimakasih ALLAH atas ridhonya hingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini, walaupun kadang keluar dari jalan yang Engkau tetapkan. ( Engkau yang mendengar do aku dan mengabulkan jerih payahku ). Ayah dan Ibu tercinta, dengan do a dan kasih sayang tulusnya selalu senantiasa memberikan kekuatan dalam setiap langkah ananda, terima kasih atas semua pengorbanan yang tidak ternilai harganya. Saudara-saudaraku yang selalu memberikanku do a, inpirasi maupun dukungan kepadaku. Seseorang yang kelak kan menjadi pendampingku, yang telah memberikanku inspirasi, motivasi, dan kesetiaan. Almamater Fakultas Teknik UMS. vii
ABSTRAKSI OPTIMALISASI KEKUATAN BENDING DAN IMPACT KOMPOSIT BERPENGUAT SEKAM PADI BERMATRIK UREA FORMALDEHYDE TERHADAP FRAKSI VOLUM DAN TEBAL CORE Eko Yuwinanto, Agus Hariyanto, Bambang Waluyo F Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta JL. A. Yani Pabelan Kartasura Tromol Pos I Sukoharjo ABSTRAKSI Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan bending dan impact yang optimal dari komposit berpenguat sekam padi bermatrik urea formaldehyde pada fraksi volume 40 %, 50 %, 60 %, 70 % dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm,dengan perlakuan alkali serta mengetahui jenis patahan dengan pengamatan makro pada specimen yang memiliki harga optimal dari pengujian bending dan impact. Pada penelitian ini bahan yang dipergunakan adalah sekam padi bermatrik urea formadehyde yang disusunan acak dengan fraksi volume 40 %, 50 %, 60 %, 70 % dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm. Pembuatan dengan cara press mold, pengujian bending yang dilakukan dengan acuan standar ASTM D 790-02 dan impak charpy dengan acuan standart ASTM D 256-00. Hasil pengujian didapat pada fraksi volume 40 %, 50 %, 60 %, 70 % dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm pada pengujian bending yang paling optimal yaitu pada spesimen tebal 5 mm pada V f 50% sebesar 1,99 Mpa dan pada uji impak yang paling optimal komposit serat sekam padi acak yaitu pada spesimen dengan tebal 5mm V f 50% yaitu sebesar 0,0906 J/mm 2, selanjutnya engamatan struktur makro didapatkan jenis patahan broken fiber. Kata kunci : Sekam Padi, Urea Formadehyde, Bending, Impak viii
KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb, Alhamdulillah, segala puji syukur kehadirat Allah atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam mudah- mudahan tetap pada junjungan kita Rosulullah Muhammad SAW, keluarga serta sahabatsahabatnya. Tugas akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya atas segala bantuan dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Kemudian dengan selesainya tugas akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku Kepala Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT., selaku Pembimbing Utama Tugas Akhir. ix
4. Bapak Bambang Waluyo F,ST., MT., selaku Pembimbing Pendamping Tugas Akhir dan Pembimbing Akademik. 5. Pimpinan dan segenap Staff Tata Usaha di Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 6. Keluargaku tersayang terima kasih untuk semuanya. 7. Sahabatku yang telah memberikan semangat. 8. Rekan-rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2002 yang telah banyak membantu dalam penyusunan laporan ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Namun demikian, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Saran dan kritik yang besifat membangun sangat penulis harapkan. Wassalamu alaikum Wr. Wb. Surakarta, September 2012 Penulis x
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR... v HALAMAN MOTTO... vi ABSTRAKSI... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... xi DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR TABEL... xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Batasan Masalah... 3 1.3. Tujuan Penelitian... 4 1.4. Manfaat Penelitian... 5 1.5. Metode Penelitian... 5 1.6. Sistematika Penulisan... 6 BAB II LANDASAN TEORI... 7 2.1. Tinjauan pustaka... 8 xi
2.2. Dasar Teori... 10 2.2.1. Pengertian Komposit... 10 2.2.2. Klasifikasi Komposit... 13 2.2.3. Faktor-Faktor Yang Menentukan Sifat Komposit... 17 2.2.4. Unsur-unsur Utama Pembentuk Komposit FRP (Fiber Reinforced Plastics)... 18 2.2.5. Aspek Geometri... 30 2.2.6. Perpatahan (Fracture)... 34 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 40 3.1. Diagram Alir Penelitian... 40 3.2. Survey Lapangan dan Study Literature... 41 3.3. Penyiapan Bahan Komposit... 42 3.4. Penyiapan Alat... 43 3.5. Persiapan bahan... 48 3.6. Pembuatan Benda Uji Komposit... 48 3.7. Pembuatan Spesimen Benda Uji... 50 3.8. Pengujian Komposit... 51 3.9. Hasil... 54 3.10. Analisa Data dan Pembahasan... 55 3.11. Kesimpulan... 55 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 56 4.1. Pengujian Bending... 56 4.1.1. Data Hasil Pengujian Bending Rata-rata... 56 xii
4.1.2. Pembahasan Pengujian Bending... 60 4.2. Pengujian Impak... 62 4.2.1. Data Hasil Pengujian Impak Rata-rata... 62 4.2.2. Pembahasan Pengujian Impak... 65 4.3. Pengamatan Stuktur Makro... 66 4.3.1. Foto Patahan... 66 4.3.2. Pembahasan Foto Makro... 72 BAB V PENUTUP... 73 5.1. Kesimpulan... 73 5.2. Saran... 74 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1. limbah sekam padi... 3 Gambar 2.1. Continous fiber composite... 15 Gambar 2.2. Woven fiber composite... 15 Gambar 2.3. Chopped fiber composite... 15 Gambar 2.4. Hybrid composite... 15 Gambar 2.5. Penampang Uji bending (Standart ASTM D 790-02)... 32 Gambar 2.6 penampang uji impak (standart ASTM D-256)... 34 Gambar 2.7. Skematik patah liat... 37 Gambar 2.8. Tahap pada perpatahan cawan dan kerucut... 38 Gambar 2.10. Skematik Patah Getas... 39 Gambar 3.1. Diagram alir penelitian... 40 Gambar 3.2. Sekam padi... 42 Gambar 3.3. Resin Urea Formaldehide... 43 Gambar 3.4. Alat Uji Kadar Air (Wood Moisture Contain).... 44 Gambar 3.5. Timbangan Digital... 44 Gambar 3.6. Cetakan untuk benda uji... 45 Gambar 3.7. Alat Pengepres Cetakan... 45 Gambar 3.8. Alat-alat bantu... 46 Gambar 3.9. kompresor dan sprayer... 46 Gambar 3.10. Alat Uji Bending... 47 Gambar 3.11. Alat Uji Impak... 47 xiv
Gambar 3.12.Hasil komposit sekam padi bermatrik urea formaldehyde... 50 Gambar 3.13. Spesimen uji bending komposit sekam padi bermatrik urea formaldehyde... 51 Gambar 3.14. Spesimen uji impak komposit sekam padi padi bermatrik urea formaldehyde... 51 Gambar 3.15. Dimensi benda pengujian bending menurut Standar ASTM D 790-02... 52 Gambar 3.16. Dimensi benda pengujian impak... 53 Gambar 4.1. Grafik hubungan momen bending rata-rata dengan fraksi volume terhadap tebal core.... 57 Gambar 4.2. Grafik hubungan tegangan bending rata-rata dengan fraksi volume terhadap tebal core.... 58 Gambar 4.3. Grafik hubungan defleksi bending rata-rata dengan fraksi volume terhadap tebal core.... 58 Gambar 4.4. Grafik hubungan modulus elastisitas bending rata-rata dengan fraksi volume terhadap tebal core.... 59 Gambar 4.5. Grafik hubungan kekakuan bending rata-rata dengan fraksi volume terhadap tebal core.... 59 Gambar 4.6. Grafik Hubungan Energi Terserap Rata-rata dengan Fraksi Volume Terhadap Tebal core.... 64 Gambar 4.7. Grafik Hubungan Harga Impak Rata-rata dengan Fraksi Volume Terhadap Tebal core.... 64 xv
Gambar 4.8. Foto struktur makro pada spesimen uji bending dengan fraksi volume sekam padi 40%... 66 Gambar 4.9. Foto struktur makro pada spesimen uji bending dengan fraksi volume sekam padi 50%... 66 Gambar 4.10. Foto struktur makro pada spesimen uji bending dengan fraksi volume sekam padi 60%... 67 Gambar 4.11. Foto struktur makro pada spesimen uji bending dengan fraksi volume sekam padi 70%... 67 Gambar 4.12. Foto struktur makro pada spesimen uji impak dengan fraksi volume sekam padi 40%... 68 Gambar 4.13. Foto struktur makro pada spesimen uji impak dengan fraksi volume sekam padi 50%... 69 Gambar 4.14. Foto struktur makro pada spesimen uji impak dengan fraksi volume sekam padi 60%... 70 Gambar 4.15. Foto struktur makro pada spesimen uji impak dengan fraksi volume sekam padi 70%... 71 xvi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Sifat mekanik dari beberapa jenis material polymers... 25 Tabel 2.2. Properties Sifat Mekanik Urea Formaldehide... 25 Tabel 2.3. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat... 26 Tabel 2.4. Sifat mekanik dari sekam padi... 28 Tabel 2.5. Sifat mekanik dari Formaldehide (UF)... 29 Table 4.1. Data hasil pengujian bending rata-rata pada tebal 5mm... 56 Table 4.2. Data hasil pengujian bending rata-rata pada tebal 10mm... 56 Tabel 4.3. Data hasil pengujian bending rata-rata pada tebal 15mm... 57 Tabel 4.4. Data hasil pengujian bending rata-rata pada tebal 20mm... 57 Tabel 4.5. Data hasil pengujian impak rata-rata pada tebal 5mm... 62 Tabel 4.6. Data hasil pengujian impak rata-rata pada tebal 10mm... 63 Tabel 4.7. Data hasil pengujian impak rata-rata pada tebal 15mm... 63 Tabel 4.8 Data hasil pengujian impak rata-rata pada tebal 20mm... 63 xvii