| Orientasi, ukuran, dan bentuk serta material serat adalah faktor-faktor yang mempengaruhi properti mekanik dari lamina. Serat bambu yang dikombinasikan dengan resin sebagai matrik akan dapat menghasilkan komposit alternatif yang salah satunya berguna untuk aplikasi material kapal. Dengan memvariasikan lebar serat woven bambu diharapkan akan didapatkan hasil properti mekanik komposit yang maksimal untuk mendukung pemanfaatan komposit alternatif. Makalah ini menganalisa hubungan antara lebar serat dengan respon / perilaku mekanik dari material komposit yang berkorelasi dengan resultan gaya laminat. |
| Dalam makalah ini yang pertama dilakukan adalah penentuan material bambu, kemudian perlakuan yang terdiri dari cara pemotongan, pengeringan, mengiris / mengirat bambu dengan lebar 5 mm dengan ketebalan 0,5 mm dan menganyam untuk membuat bahan layer komposit. Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan komposit dengan ketebalan tertentu dengan proses hand lay up. Untuk kekuatan dan kekakuan komposit ini akan dilakukan pengujian tarik dan bending. |
| Dari pengujian didapatkan bahwa kekuatan tarik aktual terbesar dimiliki oleh komposit dengan lebar serat 5 mm dengan nilai saktual sebesar 16,806 Kg/mm2. Regangan tarik terbesar dimiliki komposit dengan lebar serat 5 mm dengan nilai eaktual sebesar 0,012. Sedangkan modulus elastisitas tarik terbesar dimiliki komposit dengan lebar serat 5 mm dengan nilai sebesar 1421,129 kg/mm2. Kekuatan bending terbesar dimiliki oleh komposit dengan lebar serat 5mm dengan nilai 17,60533 kg/mm2. Hasil tersebut sudah memenuhi syarat untuk aplikasi material kulit kapal, sesuai standar BKI (Biro Klasifikasi Indonesia). |
| PENDAHULUAN |
| Serat sebagai elemen penguat sangat menentukan sifat mekanik dari komposit karena meneruskan beban yang didistribusikan oleh matrik. Orientasi, ukuran, dan bentuk serta material serat adalah faktor-faktor yang mempengaruhi properti mekanik dari lamina. Serat bambu yang dikombinasikan dengan resin sebagai matrik akan dapat menghasilkan komposit alternatif yang salah satunya berguna untuk aplikasi material kapal. Dengan memvariasikan lebar serat woven |
| bambu diharapkan akan didapatkan hasil properti mekanik komposit yang maksimal untuk mendukung pemanfaatan komposit alternatif. |
| Keunggulan komposit serat bambu dibandingkan dengan fiber glass adalah komposit serat bambu lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan harganya pun lebih murah dibandingkan fiber glass. Sedangkan fiber glass sukar terdegradasi secara alami. Selain itu fiber glass juga menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika fiber glass didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti fiber glass tersebut. |
| Dalam industri manufaktur dibutuhkan material yang memiliki sifat-sifat istimewa yang sulit didapat dari logam. Komposit merupakan material alternatif yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Material komposit adalah gabungan dari penguat (reinforced) dan matriks. Kelebihan material komposit jika dibandingkan dengan logam adalah perbandingan kekuatan terhadap berat yang tinggi, kekakuan, ketahanan terhadap korosi dan lain-lain. |
| Oleh karenanya, dewasa ini teknologi komposit mengalami kemajuan yang sangat pesat. Perkembangan komposit tidak hanya dari komposit sintetis tetapi juga mengarah ke komposit natural dikarenakan keistimewaan sifatnya yang renewable atau terbarukan, sehingga mengurangi konsumsi petrokimia maupun gangguan lingkungan hidup. |
| Dari uraian diatas maka permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah bagaimana membuat bahan yang lebih kuat dari fiber glass tetapi tetap ramah lingkungan. Salah satu bahan alternatif yang ditawarkan untuk mengatasi masalah tersebut atau dengan kata lain bahan yang dapat menggantikan fiber glass sebagai bahan kulit kapal adalah komposit laminat bambu serat woven roving. |
| Makalah ini diharapkan bisa digunakan sebagai referensi dalam menentukan lebar serat yang dipakai untuk memperoleh kekuatan, keuletan dan kekakuan yang diinginkan dari komposit laminat bambu serat woven, dan diharapkan bisa memberikan kontribusi terhadap perkembangan material alternatif yang lebih murah, berkualitas dan mudah dalam proses produksinya. |
| Komposit |
| Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda. |
| Dikarenakan karakteristik pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material-material pembentuknya. Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu: 1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih |
| rigid serta lebih kuat. 2. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang |
| lebih rendah. Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu: |
| 1. Fibrous Composites ( Komposit Serat ) |
| Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. |
| Gambar 1. Fibrous Composites |
| 2. Laminated Composites ( Komposit Laminat ) |
| Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri. |
| Gambar 2. Laminated Composites |
| Fiber |
| Matriks |
| 3. Particulalate Composites ( Komposit Partikel ) Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai |
| penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya. |
| Gambar 3. Particulate Composite |
| Serat Alam |
| Serat alam dapat diperoleh dari tanaman pisang, bambu, nanas, rosella, kelapa, kenaf, dan lain-lain. Saat ini, serat alam mulai mendapatkan perhatian yang serius dari para ahli material komposit karena: |
| • Serat alam memiliki kekuatan spesifik yang tinggi karena serat alam memiliki berat janis yang rendah. |
| • Serat alam mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam yang dapat diolah kembali, harganya relatif murah, dan tidak beracun. |
| Bambu |
| Bambu adalah tanaman termasuk Bamboidae, salah satu anggota sub familia rumput, pertumbuhannya sangat cepat. Pada masa pertumbuhan, bambu tertentu dapat tumbuh vertikal 5cm per jam, atau 120 cm per hari. Tanaman bambu mempunyai ketahanan yang luar biasa. Rumput bambu yang telah dibakar, masih dapat tumbuh lagi. Bambu dapat tumbuh di lahan yang sangat kering seperti di kepulauan Nusa Tenggara atau di lahan yang banyak disirami air hujan seperti Parahiyangan. |
| Di dunia tercatat lebih dari 75 genus dan 1250 spesies bambu. Bambu yang ada di Asia Selatan dan Asia Tenggara kira-kira 80% dari keseluruhan yang ada di dunia. Genus Bambusa mempunyai jumlah spesies yang paling banyak, dan terutama banyak terdapat di daerah tropis, termasuk Indonesia. |
| Karakteristik Bambu |
| Adapun beberapa sifat fisik penting bambu antara lain sebagai berikut : |
| matriks |
| partikel |
| • Wettability |
| Wettability menunjukkan kemampuan cairan untuk menempel pada permukaan benda padat. Wettability memberikan pengaruh yang cukup besar pada adhesi. |
| • Kandungan air Kandungan air merupakan sifat fisik bambu yang penting karena mempengaruhi sifat mekanik dari bambu. Kandungan air pada batang bambu setelah di potong adalah antara 50-99% sementara bambu yang telah kering adalah sekitar 12-18% |
| • Berat jenis Bambu memiliki berat jenis yang berkisar antara 600-900 kg/m3 . Untuk jenis bambu tali memiliki berat jenis rata-rata 820 kg/m3. |
| Penelitian di bidang bambu juga dilakukan oleh Morisco pada tahun 1994-1999. Semua spesimen dibuat dari bambu yang tanpa buku. Sebagai pembanding dipakai baja tulangan beton dengan tegangan luluh sekitar 2400Kg/cm2 . Pengujian memakai mesin Universal Testing Machine merk UNITED dengan kapasitas tarik 13,6 ton. Mesin uji dilengkapi dengan komputer yang dapat memberi keluaran berupa diagram tegangan-regangan. Adapun hasil yang dicapai dapat dilihat pada gambar berikut : |
| Gambar 4. Diagram tegangan-regangan bambu dan baja |
| (Morisco, 1999) |
| Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa kuat tarik kulit bambu Ori cukup tinggi yaitu hampir mencapai 5000Kg/cm2, sedang kuat tarik rata-rata bambu petung juga lebih tinggi dari tegangan luluh baja. |
| Dalam makalah ini jenis bambu yang dipilih sebagai serat penguat pada sistem material komposit adalah bambu tali dengan pertimbangan bahwa bambu ini bersifat kuat, liat, lurus, serta paling baik untuk anyaman. Bambu tali tidak mudah terserang hama bubuk, sekalipun tidak diawetkan. Berikut ini adalah data beberapa nilai karakteristik penting dari serat batang bambu tali : |
| Tabel 1. Karakteristik Material Bambu |
| METODE DAN BAHAN |
| Peralatan |
| Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan komposit dengan metode hand lay up adalah sebagai berikut : 1. Alat cetak dari bahan kaca atau multiplek dengan ukuran 50x50x20 cm. 2. Penjepit yang berfungsi menjepit tutup dan alas cetakan agar permukaan rata |
| dan tebal sesuai. 3. Timbangan digital untuk menimbang berat serat, resin dan bahan tambahan |
| lainnya. 4. Gelas ukur. |
| 5. Cutter, gunting, gergaji sebagai alat potong. 6. Kuas berfungsi untuk meratakan serat dalam matriks pada proses hand lay up. |
| Bamboo (across the fiber) |
| Bamboo (along the fiber) |
| Density (103 kgm-3) |
| 0.802 |
| 0.802 |
| Tensile Strength (MNm-2) |
| 8.6 |
| 200.5 |
| Initial Tensile Modulus (GNm-2) |
| 24.5 |
| Flexural Strength (MNm-2) |
| 9.4 |
| 230.9 |
| Impact Strength (KJm-2) |
| 3.02 |
| 63.54 |
| 7. Mesin gerinda, untuk menghaluskan bagian yang masih kasar dari hasil cetakan komposit. |
| Bahan |
| Bahan – bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut : 1. Serat bambu |
| Bambu yang dipakai dalam penelitian ini adalah bambu apus / tali (gigantoclhoapus) dengan pertimbangan sebagai berikut : |
| Bahan baku dalam pembuatan kerajinan anyaman |
| tidak keras (mudah diirat) |
| Liat dan tidak mudah putus |
| Dinding pembuluh cukup tebal berkisar 1-2 cm |
| 2. Matriks Dalam makalah ini, jenis material polimer yang dipilih sebagai bahan matriks adalah jenis Unsaturated Polyester Resin dengan merek dagang YUKALAC 157 BQTN-EX, dengan data teknis sebagai berikut: |
| 1 Densitas (ρ) |
| = 1,2 g/cm3 |
| 2 Kekuatan tarik (s) |
| = 12,07 N/mm2 |
| 3 Modulus elastisitas (E) |
| = 1,18.103 N/mm2 |
| 4 Poison rasio (υ) |
| = 0,33 Dalam resin ini, telah mengandung komposisi campuran antara resin polyester tak jenuh murni dan bahan pelarut stiren dengan nilai perbandingan sekitar 3:1. Selain itu ditambahkan katalis berupa MEKPO (Metil Etil Keton Peroksida), berfungsi sebagai zat curing, mempersingkat waktu curing. |
| 3. wax yang berfungsi untuk memudahkan melepas komposit dari cetakan. |
| Metode Pengerjaan |
| 1. Menentukan Ketebalan Laminat Perbandingan fraksi volume resin dan bambu adalah 60 : 40 maka dengan rumus : |
| 2 |
| 2 |
| 1 |
| 1 |
| 1 |
| 1 |
| 1 |
| V |
| ñ |
| ñ |
| ñ V |
| V |
| W |
| + |
| = |
| dan diketahui bahwa ρresin = 1215 Kg/m3 |
| dan ρbambu = 802 Kg/m3 maka fraksi |
| berat resin : bambu didapat 69 : 31. 1. Serat Bambu |
| Wfiber = ρ x v |
| = 820 Kg/m3 x (400x400x0,5)mm3 Wfiber = 0,064 Kg Lfiber = 400x400 = 160.000 mm2 |
| 2 |
| 2 |
| 7 |
| 401 |
| , |
| 0 |
| 10 |
| 01 |
| , |
| 4 |
| 000 |
| . |
| 160 |
| 064 |
| , |
| 0 |
| m |
| Kg |
| mm |
| Kg |
| x |
| L |
| W |
| f |
| f |
| = |
| = |
| = |
| - |
| TC |
| = 1/ρ = 1/802 = 1,25 m3/Kg |
| Tf |
| = TC x |
| f |
| f |
| L |
| W |
| = 5x10-4 m =0,5 mm Ttotal = 0,5 x 10 = 5 mm |
| 2. Resin Massa resin per 1 m2 fiber |
| = massa fiber per 1 m2 x (69:31) |
| = 0,401 Kg/m2 x (69:31) |
| Massa resin per 1 m2 fiber |
| = 0,892 Kg/m2 ρm = 1,2 g/cm3 = 1,2x103 Kg/m3 |
| Kg |
| m |
| x |
| TC |
| 3 |
| 3 |
| 892 |
| , |
| 0 |
| 10 |
| 2 |
| , |
| 1 |
| 1 |
| 1 |
| = |
| = |
| =ñ |
| Tm |
| = TC x |
| m |
| m |
| L |
| W |
| = 0,73 mm Ttotal = 0,73 x 10 = 7,3 mm |
| Jadi tebal laminate total = 5 + 7,3 = 12,3mm |
| Pembuatan Serat Bambu |
| Langkah-langkah pembuatan serat bambu adalah sebagai berikut : 1. batang bambu dipotong sepanjang ruas ± 40-50 cm 2. kemudian potongan tersebut dibelah menjadi beberapa bagian 3. kulit luar dan kulit dalam dikupas |
| 4. mengirat/mengiris bambu dalam proses mengirat bambu masih dilakukan secara manual untuk mendapatkan serat dengan ketebalan ± 0,5 mm |
| 5. menganyam bambu Jenis anyaman yang dipakai adalah langkah dua-dua a = lebar serat = 5mm |
| b = jarak antar serat = 1mm 6. pengeringan. |
| pengeringan dilakukan secara alami dengan cara dijemur dibawah sinar |
| matahari ± 1 minggu |
| Pembuatan Komposit |
| Proses pembuatan komposit sebagai berikut : 1. pertama cetakan kaca dilapisi dengan wax secara merata agar laminat kulit |
| mudah dilepas dari cetakan. 2. mengukur volume resin sesuai dengan tebal |
| 3. katalis dicampurkan sebanyak 1% dari volume resin, kemudian diaduk secara merata dan didiamkan ± 5 menit agar gelembung udar terlepas |
| 4. menuangkan campuran resin dengan katalis sebanyak 2/3 dari total campuran tiap lamina lalu diratakan dengan kuas. |
| 5. mengoleskan sisa campuran 1/3 campuran resin ke lembar pertama serat bambu, kemudian diletakkan di atas cairan resin dalm cetakan. Untuk menghilangkan gelembung udara yang terperangkap maka lamina harus diroll. |
| 6. membuat campuran resin dan katalis seperti langkah sebelumya untuk serat kedua. |
| 7. menuangkan 2/3 campuran ke atas lamina pertama, diratakan dengan kuas. 8. langkah selanjutnya dalam menyusun tiap lamina adalah sama, sesuai |
| dengan komposisi serat yang dipakai, setelah lamina terakhir dan diroll, letakkan kaca di atasnya agar permukaan menjadi rata. setelah dibiarkan selama ± 9 jam, spesimen dikeluarkan dari cetakan |
| HASIL PENGUJIAN |
| Pengujian Tarik |
| Dari pengujian tarik yang dilakukan maka diperoleh data sebagai berikut : |
| Tabel 2. Data Hasil Uji Tarik |
| Pengujian Bending |
| Dari pengujian bending yang dilakukan maka diperoleh data sebagai berikut : |
| Tabel 3. Data Hasil Uji Bending |
| L |
| b |
| d |
| P |
| sb |
| E |
| LEBAR SERAT |
| (mm) (mm) (mm) |
| Kg |
| (Kg/mm2) (Kg/mm2) |
| Lebar Serat |
| 270 |
| 20 |
| 15 |
| 219,612 |
| 17,569 928,269 |
| (5 mm) |
| 270 |
| 20 |
| 15 |
| 225,387 |
| 18,031 969,732 |
| 270 |
| 20 |
| 15 |
| 215,2 |
| 17,216 895,792 |
| RATA-RATA |
| 220,0663 17,60533 931,264 |
| Tabel 4. Perbandingan Kekuatan Komposit Serat Bambu dengan Spesifikasi BKI |
| PEMBAHASAN |
| Dengan mengacu pada Kaw (1997) dan Farid (2004) maka data di atas dapat dianalisis sebagai berikut : 1. Nilai aspect ratio dari fiber |
| y |
| u |
| d |
| l |
| t |
| s 2 |
| = dengan l/d = aspect ratio |
| L |
| ∆L b d P e s |
| U |
| E |
| LEBAR SERAT (mm) (mm)(mm) (mm) |
| Kg |
| (Kg/mm2) (Kg/mm2) |
| Lebar Serat 200 |
| 1,3 |
| 25 |
| 15 5706,012 |
| 0,014 |
| 15,216 |
| 1451,3 |
| (5 mm) |
| 200 |
| 1,5 |
| 25 |
| 15 6295,122 |
| 0,012 |
| 16,786 |
| 1395,3 |
| 200 1,625 |
| 25 |
| 15 6906,578 |
| 0,013 |
| 18,417 |
| 1416,7 |
| RATA-RATA |
| 6292,571 |
| 0,013 |
| 16,806 1421,129 |
| Kuat Tarik |
| Modulus Elastisitas |
| Kuat Lentur |
| Modulus elastis |
| Lebar Serat Bambu |
| (Kg / mm2 ) |
| Tarik (Kg/mm2) |
| ( Kg / m2 ) |
| kuat lentur ( Kg/mm2 ) |
| 5 mm |
| 16, 806 |
| 1017, 787 |
| 17, 6053 |
| 931, 264 |
| Standar BKI |
| 10 |
| 700 |
| 15 |
| 700 |
| su = tegangan ultimate serat |
| t |
| y |
| = tegangan geser muka |
| agar agar matriks dapat meneruskan gaya dari satu serat ke serat lainnya dengan sempurna maka maka tegangan geser yang terjadi antara permukaan serat dan matriks harus kecil. Jika kita anggap su konstan maka harga aspect ratio dari fiber harus besar agar regangan geser antara serat dan matriks semakin kecil. Jika kita asumsikan panjang fiber konstan, maka nilai aspect ratio akan semakin besar dengan semakin kecilnya diameter serat. |
| Karena referensi tentang serat berbentuk flat masih sangat sedikit, sehingga dalam makalah ini lebar serat diasumsikan sebanding dengan diameter serat. Dengan begitu semakin kecil serat maka sifat mekanik dari komposit akan semakin baik. |
| 2. Luas interface Semakin kecil dimensi serat maka interface dari fiber dalam laminat akan semakin besar. Jika |
| A = luas interface |
| r = jari-jari serat |
| N = jumlah serat |
| L = panjang serat |
| V = volume serat |
| Dan subscript menunjukkan jenis serat maka |
| 1 |
| 1 |
| 1 |
| 2L |
| r |
| N |
| Ai |
| p |
| = |
| ................................ |
| (a) |
| 2 |
| 2 |
| 2 |
| 2 |
| 2L |
| r |
| N |
| A |
| p |
| = |
| ............................... |
| (b) |
| jika |
| 2 |
| 1 |
| V |
| V= |
| 2 |
| 2 |
| 2 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 1 |
| L |
| r |
| N |
| L |
| r |
| N |
| p |
| p= |
| 1 |
| 2 |
| 2 |
| 1 |
| 1 |
| 2 |
| r |
| r |
| N |
| N= |
| .................................. |
| (c) |
| subtitusikan (c) ke (b) maka : |
| 2 |
| 2 |
| 2 |
| 2 |
| 2 |
| 1 |
| 1 |
| 2 |
| 2L |
| r |
| r |
| r |
| N |
| A |
| p |
| = |
| 2 |
| 1 |
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| 2L |
| r |
| N |
| r |
| r |
| A |
| p |
| = |
| 2 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| A |
| r |
| r |
| A= |
| jika r1>r2 maka A2>A1 |
| jadi dengan semakin kecil serat maka interface serat dengan matriks akan semakin besar sehingga gaya yang disalurkan matriks ke serat dapat semakin akan semakin baik. |
| 3. Semakin kecil ukuran serat maka cacat-cacat yang terdapat dalam padatan besar bisa semakin berkurang, dengan demikian kekuatannya akan semakin besar. |
| KESIMPULAN |
| Dari hasil perhitungan dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa proses pembuatan komposit laminat dengan bahan penguat serat bambu dan matriks resin polyester telah memenuhi syarat – syarat kekuatan mekanik kulit kapal sesuai dengan standar BKI sehingga material tersebut dapat diusulkan sebagai alternatif pengganti bahan fiber glass untuk kulit kapal. |
| DAFTAR PUSTAKA |
| Farid, M. (2004). Analisa Perilaku Elastik Material Komposit FRP Laminat |
| Berpenguat Serat Natural Orientasi Acak, SNTM ITS, Surabaya |
| Hwerakovich, T, Carl. (1997). Mechanics of Fiber Compositer, John Wiley inc, New York |
| Kaw, K, Autar. (1997). Mechanics of Composite Materials, CRC Press, Boca Raton |
| Morisco. (1999). Rekayasa Bambu, Nafiri Ofset, Yogyakarta Suratno,Basuki. (2004). Perkembangan Teknologi Material Polimer Sebagai |
| Material Engineering, SNTM ITS, Surabaya |
Tidak ada komentar:
Posting Komentar