Laporan Praktikum

Laboratorium Teknik Material III

Modul A Proses Pembuatan dan Karakterisasi Komposit

Oleh :

Nama : Muhammad Darma Raditya

NIM : 13710022

Kelompok : 11

Anggota (NIM) : Stefanus Girindra (13709038)

Mahendra Riyandi (13710008)

Muhammad Rahimsyah (13710017)

Nicola Annette Beryl (13710053)

Tanggal Praktikum : 28 Maret 2013

Tanggal Penyerahan Laporan : 5 April 2013

Nama Asisten (NIM) : Rex Nikko Bonary (13709046)

Laboratorium Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Secara umum, material dibagi menjadi tiga kelompok besar, yaitu

logam, keramik dan polimer. Ketiga kelompok material tersebut memiliki

keunggulan dan kelemahannya masing-masing. Seiring dengan

berjalannya waktu para peneliti mempunyai ide untuk menggabungkan

sifat-sifat dari ketiga material tersebut. Akhirnya didapatkan suatu material

baru yang hasil dari penggabungan satu ataupun lebih material-material

yang ada yang akhirnya disebut dengan komposit. Bahkan seiring dengan

pengembangan material komposit, didapatkan suatu keunggulan yang

tidak dimiliki oleh ketiga.

Aplikasi material komposit sudah banyak kita temui dalam

kehidupan sehari-hari seperti bathup, badan kapal, badan mobil dan

komponen mesin. Pada masa sekarang, pemilikihan material komposit

menjadi suatu perhatian yang cukup besar karena memiliki energi

pemrosesan yang rendah. Energi pemrosesan yang rendah tersebut

dikarenakan massa jenisnya yang rendah.

1.2 Tujuan Praktikum

1. Menentukan kekuatan tarik maksimum komposit yang diproses dengan

teknik wet-hand lay up dan compression molding.

2. Menentukan fraksi volume serat, fraksi volume matriks, dan fraksi

volume void pada komposit yang diproses dari teknik wet-hand lay up

dan compression molding.

BAB II

TEORI DASAR

Komposit adalah penggabungan dari dua jenis material atau lebih yang

dapat dipisahkan secara makroskopis (secara kasat mata) yang tersebar secara

merata pada material (kontinu) atau tidak merata (diskontinu) agar mendapatkan

sifat yang optimum. Material komposit biasanya tersusun dari material dasar

(matriks) yang menyatukan material penguatnya (reinforcement).

Material penyusun pada komposit terdiri dari jenis material dasar (matriks)

dan juga dari jenis penguatnya. Berdasarkan jenis penguatnya dapat dibagi

menjadi 3 jenis yaitu:

1. Particle Reinforced Composites

a. Large-particle composites

b. Dispersed-strenghtened composites

2. Fiber Reinforced Composites (konstruksi kaku, kuat dan ringan)

a. Discontinuous (Short) fiber composites

b. Continuous (long) fiber composites

3. Structural Reinforced Composites

a. Laminar composites (kayu multipleks, laminate carbon epoxy)

b. Sandwich composites: konstruksi ringan dengan kekakuan dan

kekuatan bending yang tinggi (Honeycomb-carbon epoxy

composites, dinding kardus: corrugated paper - paper).

Berdasarkan Jenis Matriksnya :

1. Polymer matrix composites (PMC) Paling populer

- Carbon fibre reinforced polymer

- Glass fibre reinforced polymer

- Metal fibre reinforced polymer

2. Metal matrix composites (MMC) Biasanya diaplikasikan pada

Aerospace dan komponen mesin mobil

- Boron or carbon fibre reinforced Aluminium

- Alumina particle reinforced Aluminium

3. Ceramic matrix composites (CMC) Heat exhanger, sistem

pelindung panas, komponen dengan lingkungan korosif dan erosif

- Zirconia in alumina

- Carbon fibre reinforced carbon

Dari ketiga jenis matriks yang ada diatas yang paling populer digunakan

pada aplikasi sehari-hari adalah polymer matrix composite. Hal ini dikarenakan

matriks polimer pada komposit memiliki kemampuan “Tailorability” sehingga

dapat menghasilkan konstruksi yang optimum dan efisien. Selain itu matriks

polimer memiliki temperatur pemrosesan yang rendah dibandingkan logam dan

keramik dan juga memiliki ketahanan korosi yang baik.

Dari jenis polimer yang digunakan sebagai matriks pada komposit terbagi

menjadi dua macam yaitu thermoplastic dan thermoset. Thermoplastic adalah

polimer yang memiliki rantai polimer yang linear atau bercabang (branched).

Selain itu sifat dari thermoplastic adalah ketika berada pada temperatur kamar

berbentuk padatan dan jika dilelehkan maka polimer thermoplastic akan meleleh.

Jika didinginkan kembali maka akan kembali ke bentuk padatan lagi. Pada

polimer Thermoset memiliki rantai polimer berupa crosslinked (berikatan silang).

Pada temperatur kamar polimer thermoset biasanya berupa fasa cair dan ketika

dipanaskan pada temperatur tertentu, polimer thermoset akan menjadi padatan dan

tidak mampu lagi kembali ke bentuk semula sehingga polimer thermoset tidak

mampu di daur ulang.

Dari proses manufaktur kedua polimer tersebut memiliki perbedaan. Pada

Thermoplast memiliki temperatur transisi gelas (Tg) sehingga pada

pemrosesannya dapat dilakukkan pada temperatur diantara temperatur transisi

glass dan temperatur melting-nya agar mudah dibentuk menjadi produk yang

diinginkan. Pada Thermoset, pada temperatur kamar berbentuk cair yang bisa

ditambahkan katalis yang kemudian di curing sehingga membentuk produk yang

diinginkan. Dari proses manufaktur tersebut maka dapat disimpulkan, pada

pemrosesan polimer thermoplastic dilakukan pemanasan sehingga temperatur

proses pada thermoplastic lebih tinggi dari thermoset. Jika ditinjau dari waktu

pemrosesannya, pada thermoset diperlukan waktu tambahan untuk curing

dibandingkan dengan thermoplastik yang tidak memerlukan curing. Selain itu

viskositas pada polimer thermoset lebih rendah dibandingkan viskositas pada

thermoplastic sehingga tidak memerlukan tekanan pemrosesan yang tinggi pada

polimer thermoset sedangkan pada thermoplastic yang memiliki viskositas tinggi

sehingga diperlukannya tekanan pemrosesan yang lebih tinggi dibandingkan pada

thermoset. Selain hal-hal yang sudah disebutkan tadi, dari tabel dibawah ini dapat

dilihat perbedaan antara komposit bermatriks thermoplastik dan thermoset.

Material Properties

Thermosets Thermoplastics

Stiffness + -

Strength + -

Toughness - +

Fatigue life + -

Creep resistance + -

Thermal expansion + -

Volumetric shrinkage + -

Chemical resistance - +

Temperature tolerance + -

Manufacturing/Processability

Thermosets Thermoplastics

Simplicity of

chemistry

- +

Fiber-matrix

compatibility

+ -

Low viscosity + -

Mold

requirements

+ -

Processing

temperature

+ -

Processing

pressure

+ -

Processing time - +

Processing

environment

- +

Reformability - +

Recycling - +

Pada komposit yang menggunakan matriks polimer dan berpenguat serat, faktor

faktor berikut dapat mempengaruhi sifat mekanik komposit, yaitu:

1. Sifat dari material penyusun

Jenis dari serat dan juga matriks polimer yang digunakan pada komposit

dapat mempengaruhi kekuatan maupun kekakuan pada komposit yang

dihasilkan. Setiap jenis serat dan polimer memiliki kekuatan dan kekakuan

yang berbeda-beda dikarenakan struktur kimia penyusunnya.

2. Fraksi Volume Serat

Dalam suatu komposit, tiap-tiap serat dan matriks memiliki komposisi

tertentu. Untuk menguantisasi jumlah komposisi serat dan matriks yang

ada di komposit, dapat digunakan dengan mengukur volumenya yang

selanjutnya akan didapat fraksi volume. Serat mempunya besar fraksi

volume tertentu di dalam komposit. Semakin besar fraksi volume serat

yang digunakan maka serat tersebut semakin mampu memberikan faktor

penguatan pada komposit. Hukum pencampuran dalam komposit

berpenguat serat ini sering disebut dengan Rule of mixture.

3. Interface antara matriks dan serat

Ketika diberi pembebanan dari luar, daerah antar muka (interface) matriks

dan serat mengalami tegangan geser. Apabila interface antara matriks dan

serat tidak berikatan dengan baik maka serat tidak mampu memberikan

kontribursi kekuatannya sehingga hanya matriks saja yang mampu

memberikan kontribursi kekuatannya. Selain itu apabila ada void di

interface maka akan terjadi penkonsentrasian tegangan yang menyebabkan

komposit tidak memiliki kekuatan (sifat) yang diinginkan dan kekuatan

komposit ada dibawah kekuatan seharusnya.

4. Orientasi serat

Secara umum serat memiliki sifat anisotropi yaitu sifat dimana kekakuan

dan kekuatannya berbeda pada tiap-tiap arah. Misalnya, kekuatan dan

kekakuan serat berbeda pada arah longitudinal dan transversal. Walaupun

ada beberapa serat yang memiliki sifat isotropi seperti serat gelas. Dengan

adanya orientasi ini maka kita dapat memaksimalkan kekuatan dan

kekakuan serat pada arah yang diinginkan sehingga dapat hasil yang

optimum pada komposit tersebut. Komposit yang hanya memiliki orientasi

serat satu arah disebut uni-directional continuous fiber dan komposit yang

memiliki orientasi serat dua arah disebut bi-directional continuous fiber.

5. Impregnasi

Impregnasi adalah kemampuan serat untuk berikatan dengan matriks

sehingga membentuk konstruksi yang tiap-tiap penyusunnya mampu

memberikan efek penguatan. Impregnasi ini juga ikut berpengaruh pada

sifat mekanik komposit karena apabila impregnasinya buruk maka akan

tercipta void dan serat tidak dapat memberikan efek penguatannya pada

komposit.

Serat dan matriks pada komposit sering dibuat berdasarkan konstruksi

sandwich. Konstruksi sandwich (inti core) adalah konstruksi panel yang ringan

dengan kekakuan, kekuatan bending dan ketahanan buckling yang tinggi. Material

kulit itu tipis, sifat mekanik tinggi, logam / non logam. Sedangkan Material inti itu

tebal, sifat mekanik rendah, inti homogen / berstruktur.

Preform adalah bentuk dari serat yang belum dikasih resin polimer tetapi

sudah membentuk suatu tenunan. Sedangkan prepeg adalah preform yang telah

di-imprgnasi dengan resin polimer.

Teknik manufaktur pada komposit dipengaruhi oleh jenis polimer yang

akan digunakan sebagai matriks penyusunnya. Pada komposit bermatriks polimer

thermoset maka teknik manufaktur yang dapat digunakan:

1. Wet Hand Lay Up

Dry reinforcement (serat) dan resin (+ katalis) ditaruh pada

permukaan cetakan.

Kemudian resin ditekan agar dapat meng-impregnasi serat dengan

menggunakan rol.

Beberapa lapisan serat + resin dapat ditambahkan secara bertahap.

Reaksi dimulai, komponen dilepaskan setelah komponen mengeras

(fully cured).

Keunggulan Wet-Hand Lay up:

Pemrosesannya yang sederhana karena hanya membutuhkan roller

dan tenaga manusia.

Energi pemrosesannya yang rendah

Biaya pembuatannya yang relatif murah

Kelemahan Wet-Hand Lay up:

Sifat mekaniknya yang rendah

Tidak bisa digunakan untuk produk massal

Impregnasi serat dan matriks tidak baik, tergantung keahlian

pembuatnya.

2. Spray-up

Serat gelas dan resin + katalis dimasukkan ke dalam spray gun.

Kemudian campuran disemprotkan pada permukaan cetakan.

Curing dimulai, dan komponen dilepaskan setelah pengerasan

selesai.

Keunggulan Spray up:

Produknya konsisten karena menggunakan penyemprotan.

Dapat memproduksi komposit dengan serat pendek.

Proses pembuatannya yang sederhana dan cepat.

Biaya pemrosesannya yang rendah.

Kelemahan:

Sifat mekaniknya paling buruk diantara teknik-teknik yang lain.

3. Prepreg Lay up

Prepreg adalah serat yang sudah diimpregnasi oleh resin+katalis

dalam keadaan padat.

Kemudia lapisan-lapisan dari prepreg digunting disesuaikan

dengan bentuk yang diinginkan, kemudian diletakkan pada

permukaan cetakan sesuai dengan bentuk komponen yang

diinginkan.

Tekanan dan panas diberikan sehingga membuat resin mencair lalu

terjadi konsolidasi pada komponen.

Lalu temperatur dinaikkan untuk memulai curing.

Keunggulan Prepreg Lay up:

Kualitasnya bagus dengan sifat mekanik yang baik.

Tebal Prepreg bisa setipis mungkin mencapai 1/8 mm sehingga

fraksi volume seratnya bisa makin tinggi.

Proses pembuatannya yang sederhana dan cepat.

Temperatur dan tekanannya bisa diatur

Kelemahan:

Harga produksinya sangat mahal.

Tidak cocok untuk produksi massal.

4. Compression Molding

Campuran resin dan katalis serta chopped glass strands diperoleh

dalam bentuk premixed compound: Bulk molding Compound

dalam bentuk adonan atau Sheet molding Compound dalam bentuk

lembaran.

Lalu berikan panas dan tekanan pada cetakan sehingga membuat

compound mengalir sesuai dengan bentuk komponen yang

diinginkan.

Curing dimulai, komponen dilepaskan setelah terjadi pengerasan

yang cukup.

Keunggulan:

Dapat digunakan untuk memproduksi produk massal.

Tekanan yang diberikan cukup tinggi sehingga dapat menghasilkan

impregnasi yang baik.

Biaya pemrosesan relatif tidak mahal.

Kelemahan:

Energi pemrosesannya cukup besar karena membutuhkan tekanan

yang tinggi.

Sulit digunakan untuk memproduksi produk dengan bentuk-bentuk

yang rumit.

Sering terjadinya flashing pada resin.

5. Liquid Molding (RTM, VARI, VARTM)

Preform atau dry reinforcement dimasukkan ke dalam cetakan,

sesuai dengan bentuk produk yang diinginkan.

Lalu resin mengalir dikarenakan adanya penekanan atau pem-

vakuman sehingga terjadinya impregnasi antara matriks dengan

preform dan mendorong/mengeluarkan udara yang ada dalam

preform.

Kemudian curing terjadi, setelah itu cetakan dibuka hingga produk

mengeras.

Keunggulan:

Dapat digunakan untuk memproduksi produk massal.

Tekanan yang diberikan cukup tinggi sehingga dapat menghasilkan

impregnasi yang baik.

Menghasilkan sifat mekanik yang cukup baik.

Energi pemrosesannya tidak terlalu besar.

Kelemahan:

Biaya pemrosesannya mahal.

Sulit digunakan untuk memproduksi produk dengan bentuk-bentuk

yang rumit.

6. Pultrusion

Dry roving ditarik melalui sebuah bak yang berisi campuran resin

dan katalis.

Campuran dry roving yang basah karena cairan resin tersebut

ditarik melalui cetakan.

Kemudian sisa resin keluar cetakan.

Lakukan pemanasan untuk proses curing.

Pendinginan dilakukan untuk mempercepat siklus produksi.

Keunggulan:

Pemrosesannya mudah dan sederhana.

Dapat membuat produk dengan panjang serat yang tidak terbatas.

Dapat membuat produk yang memiliki ketipisan yang tinggi.

Cocok untuk memproduksi produk massal.

Kelemahan:

Sifat mekaniknya yang tidak begitu baik.

Sulit untuk memproduksi produk yang memiliki bentuk berongga.

7. Filament Winding

Dry roving ditarik melalui bak berisi campuran resin dan katalis.

Wet roving digulungkan dalam keadaan tegang pada mandrel.

Kemudian lakukan kontrol mekanik dari pembawa serat mengatur

orientasi peletakan serat pada mandrel.

Keunggulan:

Pemrosesannya mudah dan sederhana.

Dapat membuat produk dengan panjang serat yang tidak terbatas.

Dapat membuat produk yang memiliki ketipisan yang tinggi.

Cocok untuk memproduksi produk massal.

Kelemahan:

Sifat mekaniknya yang tidak begitu baik.

Sulit untuk memproduksi produk yang memiliki bentuk berongga.

Sedangkan untuk matriks dengan polimer thermoplastik dapat

menggunakan teknik manufaktur seperti berikut:

1. Prepreg Lay Up

Pemrosesannya sama dengan teknik prepreg Lay up yang digunakan

untuk matriks thermoset tetapi pada thermoplastik dilakukan pada

temperatur tinggi.

2. Compression Molding

Pemrosesannya sama dengan teknik compresion molding yang

digunakan untuk matriks thermoset tetapi pada thermoplastik

dilakukan pada temperatur tinggi.

3. Diaprahm Molding

4. Injection Molding

5. Roll Forming

6. Pulltrusion

BAB I

DATA PERCOBAAN dan PENGOLAHAN DATA

3.1 Data Percobaan

Uji Tarik Komposit

Jenis Mesin : Tarnogrocki

Kecepatan Tarik : 0,133 mm/sekon

Jumlah Spesimen : 4 buah

Load Cell Maksimum : 200.000 N

Panjang awal (mm) : 300 mm

Luas Penampang (mm2) : 50 mm2

Uji Fraksi Volume

Areal Density (AP) = Massa Komposit/Luas Komposit, Ak (2,5 cm X 2,5 cm)

Dengan menggunakan rumus :

Vkomposit = (Mk - Ms)/ ρair

ρKomposit = Mk / Vkomposit

Vf =(Ap x Ak x N / ρserat gelas)/Vkomposit

Vm =(((Mk-(Ap x Ak x N ))/ ρpoliester)/Vkomposit

V void = 1 - Vf - Vm

Teknik

Pemrosesan

Massa Kering (Mk) –

(gram)

Massa Terendam

(Ms) – (gram)

Volume

Komposit

(Vk) – cm3

Densitas

Komposit –

gr/cm3

Hand Lay Up 6,7 4 2,7 2,481481481

Compression 3,9 2,7 1,2 3,25

Teknik Areal Density

(gr/cm2) Vf Vm Vv

Hand Lay

Up 0,093333333 0,334960283 1,29382716 -0,628787444

Compression 0,093333333 0,753660637 1,044444444 -0,798105082

3.2 Pengolahan Data

𝜎 =𝐹

𝐴 ; 𝜀 =

∆𝑙

𝑙𝑜 ;

𝐸 =𝜎

𝜀

Berikut data yang didapat dari uji tarik komposit untuk wet hand lay up:

F (N) Δl (mm) σ (Mpa) Elongasi

995,1036661 0 19,90207332 0

966,2879229 0,66665 19,32575846 0,002222167

1101,721916 1,3333 22,03443832 0,004444333

1068,103549 1,99995 21,36207098 0,0066665

351,5520674 2,6666 7,031041347 0,008888667

1088,274569 3,33325 21,76549138 0,011110833

1491,694974 3,9999 29,83389949 0,013333

1678,997305 4,66655 33,57994611 0,015555167

1825,957596 5,3332 36,51915192 0,017777333

2109,312404 5,99985 42,18624808 0,0199995

2310,062082 6,6665 46,20124164 0,022221667

2347,522548 7,33315 46,95045096 0,024443833

3276,350005 7,9998 65,5270001 0,026666

5611,385731 8,66645 112,2277146 0,028888167

4538,479558 9,3331 90,76959116 0,031110333

4941,899963 9,99975 98,83799927 0,0333325

5042,755065 10,6664 100,8551013 0,035554667

5875,530044 11,33305 117,5106009 0,037776833

6760,173361 11,9997 135,2034672 0,039999

7941,618833 12,66635 158,8323767 0,042221167

7832,119009 13,333 156,6423802 0,044443333

8594,77568 13,99965 171,8955136 0,0466655

8659,13084 14,6663 173,1826168 0,048887667

10551,36464 15,33295 211,0272929 0,051109833

11876,88883 15,9996 237,5377767 0,053332

12025,77017 16,66625 240,5154035 0,055554167

13543,39932 17,3329 270,8679863 0,057776333

14038,06958 17,99955 280,7613915 0,0599985

15624,8565 18,6662 312,49713 0,062220667

17353,8011 19,33285 347,0760219 0,064442833

17748,57678 19,9995 354,9715356 0,066665

19367,06102 20,66615 387,3412205 0,068887167

21028,76888 21,3328 420,5753776 0,071109333

22610,75319 21,99945 452,2150637 0,0733315

23508,84385 22,6661 470,176877 0,075553667

23899,77743 23,33275 477,9955486 0,077775833

24854,53906 23,9994 497,0907812 0,079998

26603,65467 24,66605 532,0730934 0,082220167

27747,63968 25,3327 554,9527936 0,084442333

29024,1771 25,99935 580,4835421 0,0866645

29499,63687 26,666 589,9927373 0,088886667

29793,55745 27,33265 595,8711489 0,091108833

29414,15016 27,9993 588,2830032 0,093331

28097,2707 28,66595 561,9454139 0,095553167

27250,08784 29,3326 545,0017569 0,097775333

27529,60055 29,99925 550,5920111 0,0999975

28722,57232 30,6659 574,4514465 0,102219667

30203,70153 31,33255 604,0740305 0,104441833

31459,10741 31,9992 629,1821481 0,106664

31985,47498 32,66585 639,7094996 0,108886167

32402,34273 33,3325 648,0468547 0,111108333

33718,26167 33,99915 674,3652335 0,1133305

34562,56295 34,6658 691,251259 0,115552667

35226,28557 35,33245 704,5257114 0,117774833

36025,44218 35,9991 720,5088436 0,119997

37805,29459 36,66575 756,1058918 0,122219167

38594,84595 37,3324 771,8969191 0,124441333

39385,35784 37,99905 787,7071568 0,1266635

41068,19725 38,6657 821,3639449 0,128885667

39776,29143 39,33235 795,5258285 0,131107833

41913,45905 39,999 838,269181 0,13333

43076,65455 40,66565 861,533091 0,135552167

44496,31017 41,3323 889,9262033 0,137774333

46085,97867 41,99895 921,7195733 0,1399965

46252,14945 42,6656 925,0429891 0,142218667

47311,60828 43,33225 946,2321656 0,144440833

47303,92408 43,9989 946,0784816 0,146663

49802,24902 44,66555 996,0449804 0,148885167

50720,5107 45,3322 1014,410214 0,151107333

50923,18143 45,99885 1018,463629 0,1533295

53005,59914 46,6655 1060,111983 0,155551667

52631,955 47,33215 1052,6391 0,157773833

54199,53143 47,9988 1083,990629 0,159996

54598,14922 48,66545 1091,962984 0,162218167

56806,39567 49,3321 1136,127913 0,164440333

57050,36896 49,99875 1141,007379 0,1666625

58323,06429 50,6654 1166,461286 0,168884667

59954,03536 51,33205 1199,080707 0,171106833

60147,10084 51,9987 1202,942017 0,173329

61796,32187 52,66535 1235,926437 0,175551167

61785,7561 53,332 1235,715122 0,177773333

62507,11021 53,99865 1250,142204 0,1799955

62888,43854 54,6653 1257,768771 0,182217667

65171,60593 55,33195 1303,432119 0,184439833

66303,10411 55,9986 1326,062082 0,186662

67197,35268 56,66525 1343,947054 0,188884167

67479,74696 57,3319 1349,594939 0,191106333

67571,95734 57,99855 1351,439147 0,1933285

69831,11161 58,6652 1396,622232 0,195550667

70842,5442 59,33185 1416,850884 0,197772833

71779,05585 59,9985 1435,581117 0,199995

71328,56973 60,66515 1426,571395 0,202217167

71407,33276 61,3318 1428,146655 0,204439333

72773,19899 61,99845 1455,46398 0,2066615

73771,18423 62,6651 1475,423685 0,208883667

71957,71346 63,33175 1439,154269 0,211105833

72993,15917 63,9984 1459,863183 0,213328

74150,59152 64,66505 1483,01183 0,215550167

75930,44393 65,3317 1518,608879 0,217772333

75761,39157 65,99835 1515,227831 0,2199945

76837,17931 66,665 1536,743586 0,222216667

77237,71814 67,33165 1544,754363 0,224438833

79215,43865 67,9983 1584,308773 0,226661

79931,99014 68,66495 1598,639803 0,228883167

79772,54302 69,3316 1595,45086 0,231105333

81750,26353 69,99825 1635,005271 0,2333275

82201,71018 70,6649 1644,034204 0,235549667

81464,02715 71,33155 1629,280543 0,237771833

Dan berikut data uji tarik komposit untuk Compression Molding:

F (N) Δl (mm) σ (MPa) elongasi

932,6695558 0 18,65339112 0

814,5250085 0,66665 16,29050017 0,013333

1093,077193 1,3333 21,86154386 0,026666

931,709031 1,99995 18,63418062 0,039999

2097,786107 2,6666 41,95572214 0,053332

1995,970481 3,33325 39,91940962 0,066665

2083,378235 3,9999 41,66756471 0,079998

2992,995196 4,66655 59,85990393 0,093331

4237,835304 5,3332 84,75670608 0,106664

4859,294833 5,99985 97,18589666 0,119997

6355,792431 6,6665 127,1158486 0,13333

6630,502516 7,33315 132,6100503 0,146663

8453,578538 7,9998 169,0715708 0,159996

9659,03713 8,66645 193,1807426 0,173329

9028,932878 9,3331 180,5786576 0,186662

10156,58896 9,99975 203,1317793 0,199995

11622,34977 10,6664 232,4469954 0,213328

12744,2427 11,33305 254,8848541 0,226661

12872,95302 11,9997 257,4590605 0,239994

14539,46351 12,66635 290,7892701 0,253327

15240,64659 13,333 304,8129319 0,26666

16019,63218 13,99965 320,3926437 0,279993

16941,73597 14,6663 338,8347194 0,293326

17884,9713 15,33295 357,6994259 0,306659

20308,3753 15,9996 406,167506 0,319992

20628,23005 16,66625 412,564601 0,333325

22229,42485 17,3329 444,588497 0,346658

23900,73796 17,99955 478,0147591 0,359991

24572,14477 18,6662 491,4428955 0,373324

25973,55042 19,33285 519,4710084 0,386657

27757,24493 19,9995 555,1448985 0,39999

28201,9679 20,66615 564,0393579 0,413323

29349,795 21,3328 586,9959 0,426656

29730,16281 21,99945 594,6032562 0,439989

30523,55628 22,6661 610,4711255 0,453322

31788,5674 23,33275 635,7713481 0,466655

34846,87828 23,9994 696,9375657 0,479988

35850,62667 24,66605 717,0125335 0,493321

36106,12626 25,3327 722,1225253 0,506654

36625,77017 25,99935 732,5154033 0,519987

36757,36206 26,666 735,1472412 0,53332

38156,84666 27,33265 763,1369331 0,546653

40002,97527 27,9993 800,0595054 0,559986

41516,76232 28,66595 830,3352463 0,573319

42921,04954 29,3326 858,4209907 0,586652

44386,81034 29,99925 887,7362068 0,599985

44028,5346 30,6659 880,570692 0,613318

44849,78328 31,33255 896,9956657 0,626651

47242,4505 31,9992 944,8490099 0,639984

47614,17358 32,66585 952,2834717 0,653317

48948,34249 33,3325 978,9668499 0,66665

50586,03723 33,99915 1011,720745 0,679983

50207,59047 34,6658 1004,151809 0,693316

52435,04742 35,33245 1048,700948 0,706649

54637,53073 35,9991 1092,750615 0,719982

53608,8087 36,66575 1072,176174 0,733315

55160,05621 37,3324 1103,201124 0,746648

55634,55545 37,99905 1112,691109 0,759981

Kurva Tegangan vs Regangan Komposit Wet hand lay up

Kurva Tegangan vs Regangan Komposit Compression Molding

y = 7495x - 122.79

-500

0

500

1000

1500

2000

0 0.1 0.2 0.3

Tega

nga

n (

MP

a)

Elongasi

Kurva Uji tarikTegangan vsRegangan(Engineering)

Linear (Kurva Ujitarik Tegangan vsRegangan(Engineering))

Linear (Kurva Ujitarik Tegangan vsRegangan(Engineering))

y = 1548.6x - 73.863

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0.5 1

Tega

nga

n (

MP

a)

Elongasi

Kurva Tegangan vsRegangan(Engineering)

Linear (KurvaTegangan vsRegangan(Engineering))

56203,18611 38,6657 1124,063722 0,773314

57519,10505 39,33235 1150,382101 0,786647

57688,15741 39,999 1153,763148 0,79998

60309,42952 40,66565 1206,18859 0,813313

60342,08737 41,3323 1206,841747 0,826646

60151,90346 41,99895 1203,038069 0,839979

61100,90194 42,6656 1222,018039 0,853312

61902,94012 43,33225 1238,058802 0,866645

62623,3337 43,9989 1252,466674 0,879978

Berdasarkan hasil pengujian tarik maka didapatkan sifat mekanik sebagai berikut:

Wet Hand Lay Up

Kekuatan Tarik Maksimum longitudinal = 1,629 GPa

Kekakuan arah longitudinal = 7,495 GPa

Compression Molding

Kekuatan Tarik Maksimum longitudinal = 1,252 GPa

Kekakuan arah longitudinal = 1,548 GPa

Dari rumus Rule Of Mixture maka didapatkan :

Fraksi volume serat (Vf ) :

𝑉𝑓 =

𝑊𝑓

𝜌𝑓

𝑊𝑓

𝜌𝑓+

𝑊𝑚

𝜌𝑚

𝑉𝑓 =

421.25

422,58

+42

1,25

= 0,67

Fraksi volume matriks (Vm) :

𝑉𝑚 =

𝑊𝑚

𝜌𝑚

𝑊𝑓

𝜌𝑓+

𝑊𝑚

𝜌𝑚

𝑉𝑚 =

421.25

422.58

+42

1.25

𝑉𝑚 = 0.33

Dan untuk kekuatan Karena ef > em

Karena Vkomposit > Vtrans ,maka

Maka didapatkan nilai teoritis kekuatan maksimum dak kekakkuannya

sebesar 𝜎 = 0,2345 GPa dan E = 47,89 GPa.

BAB IV

ANALISIS DATA

Proses pembuatan material komposit dengan penguat serat gelas

bermatriks polimer poliester pada praktikum kali ini dilakukan dengan

menggunakan dua teknik pemrosesan yang berbeda, yaitu wet hand lay up dan

compression molding. Sebelumnya diukur terlebih dahulu berat serat gelas kering

dan berat cairan polimer poliester. Berdasarkan literatur serat gelas memiliki

massa jenis sebesar 2.58 gr/cm3 sedangkan polimer poliester memiliki massa jenis

sebesar 1.25 gr/cm3. Dari hubungan massa jenis serat, massa jenis matriks, berat

serat dan berat matriks ini maka dapat diketahui fraksi volume serat dan matriks

pada komposit teoritis dengan menggunakan Rule of Mixture. Berdasarkan data

yang didapatkan, terjadi perbedaan yang sangat signifikan antara jumlah fraksi

volume teoritis dan fraksi volume berdasarkan data percobaan.

Menurut Rule Of Mixture didapat Vf = 0.67 ; Vm = 0,33

Teknik Wet Hand Lay up sebesar Vf = 0,334 ; Vm = 1,293 ; Vv = -0,627

Teknik Compression Molding Vf = 0,753 ; Vm = 1,044 ; Vv = -0,797.

Dari hasil percobaan tersebut, terdapat nilai yang menyimpang dari hasil

literatur. Jika dibandingkan dari hasil literatur, fraksi volume serat dan matriks

terlihat perbedaan fraksi volume serat dan matriks yang cukup signifikan pada

kedua teknik tersebut. Selain itu menurut perhitungan besarnya fraksi volume

matriks yang didapat lebih besar daripada 1 dan fraksi volume void bernilai minus

(-). Sangat tidak mungkin fraksi volume bernilai lebih dari 1. Ini menunjukkan

bahwa data-data yang diambil mengalami penyimpangan yang cukup besar

sehingga ketika dikalibrasi menjadi tidak merepresentasikan hasil yang

sebenarnya. Hal ini dikarenakan pada saat pemotongan spesimen, ukuran

spesimen sebenarnya bukan 2,5 cm x 2,5 cm tetapi lebih kecil daripada ukuran itu

sehingga perhitungan areal density menjadi lebih kecil dari harga sebenarnya.

Selain itu pemotongan yang tidak rapih juga menyebabkan adanya serat-serat

yang terkelupas pada spesimen potong sehingga itu mengakibatkan timbulnya

void pada komposit sehingga air lebih mudah masuk ke dalam komposit dan

mengakibatkan massa terendamnya lebih tinggi dari harga sebenarnya.

Ditinjau dari sifat mekaniknya, kekuatan maksimum komposit yang

diproses dengan teknik wet hand lay up lebih besar daripada teknik compression

molding. Hal itu dapat dilihat seperti data dibawah ini:

Wet Hand Lay Up

Kekuatan Tarik Maksimum longitudinal = 1,629 GPa

Kekakuan arah longitudinal = 7,495 GPa

Compression Molding

Kekuatan Tarik Maksimum longitudinal = 1,252 GPa

Kekakuan arah longitudinal = 1,548 GPa

Selain itu kekakuannya juga lebih tinggi komposit yang diproses dengan

teknik wet hand lay up lebih besar daripada teknik compression molding. Padahal

seharusnya teknik compression molding memiliki sifat mekanik kekakuan dan

kekuatan maksimum yang lebih tinggi dibandingkan dengan teknik wet hand lay

up dikarenakan compression molding menggunakan tekanan pemrosesan yang

tinggi dibandingkan teknik wet hand lay up. Hal ini dikarenakan pada teknik wet

hand lay up, praktikan mampu membuat komposit dengan kualitas yang sangat

baik sedangkan pada compression molding terjadi masalah-masalah tertentu. Pada

compression molding terjadi penumpahan cairan resin yang membuat impregnasi

antara serat dan resin menjadi tidak baik. Ada bagian-bagian pada serat yang tidak

terimpregnasi oleh resin sehingga timbul void lebih banyak di dalam serat yang

akhirnya menjadi konsentrasi tegangan pada komposit. Konsentrasi tegangan itu

yang membuat kekakuan dan kekuatan tarik maksimum pada komposit

compression molding menjadi lebih rendah dari teknik wet hand lay up. Selain itu

pada compression molding terjadi kenaikan temperatur pada spesimen akibat

pemberian tekanan yang cukup tinggi sekitar 75 bar. Akibat naiknya temperatur

ini menyebabkan viskositas resin thermoset menjadi meningkat sehingga

impregnasi antara serat dengan resin menjadi buruk dan timbulnya void akan

semakin besar.

BAB V

KESIMPULAN dan SARAN

5.1 Kesimpulan

Wet Hand Lay Up

Kekuatan Tarik Maksimum longitudinal = 1,629 GPa

Kekakuan arah longitudinal = 7,495 GPa

Compression Molding

Kekuatan Tarik Maksimum longitudinal = 1,252 GPa

Kekakuan arah longitudinal = 1,548 GPa

Teknik

Pemrosesan

Massa Kering (Mk) –

(gram)

Massa Terendam

(Ms) – (gram)

Volume

Komposit

(Vk) – cm3

Densitas

Komposit –

gr/cm3

Hand Lay Up 6,7 4 2,7 2,481481481

Compression 3,9 2,7 1,2 3,25

Teknik Areal Density

(gr/cm2) Vf Vm Vv

Hand Lay Up 0,093333333 0,334960283 1,29382716 -0,628787444

Compression 0,093333333 0,753660637 1,044444444 -0,798105082

5.2 Saran

Mesin compression molding sebaiknya terisolasi sehingga tidak ada cairan

resin yang keluar dari cetakan.

DAFTAR PUSTAKA

Judawisastra,Dr.ir.Hermawan.KOMPOSIT POLIMER Teknik Manufaktur

Judawisastra,Dr.ir.Hermawan.MATERIAL PENYUSUN

Judawisastra,Dr.ir.Hermawan.The Basic Composite Design & Micromechanics

Judawisastra, Dr. ir. Hermawan. QUALITY CONTROL AND

CHARACTERIZATION

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum

1. Berdasarakan litereatur, elaskan perbedaan sifat fisik dan mekanik

komposit matrix termoset yang diperoleh dari metode berikut : wet hand

lay up, compression molding, dan VARI?

Jawab :

Sifat mekanik dan juga sifat fisik komposit dipengaruhi oleh fraksi volume

serat dan fraksi volume void. Pada VARI terdapat proses penenkanan dan

juga pemvakuman sehingga menghasilkan fraksi volume serat yang lebih

tinggi dan mampu menekan fraksi volume void menjadi lebih kecil, selain

itu juga dengan ada penekanan dan pemvakuman impregnasi matriks ke

serat lebih bagus sehingga VARI memiliki Sifat fisik dan mekanik yang

lebih baik dibandingkan compress dan wet hand lay up. Pada wet hand lay

up dan compression molding, Compression molding memiliki sifat yang

lebih baik dibandingkan wet hand lay up karena penekanan pada

compression molding lebih merata dibandingkan dengan wet hand lay up

dan juga tekanan compression molding lebih tinggi sehingga fraksi

volume lebih tinggi dan impregnasi yang lebih baik.

2. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik material

Jawab :

Pada komposit yang menggunakan matriks polimer dan berpenguat serat,

faktor faktor berikut dapat mempengaruhi sifat mekanik komposit, yaitu:

Sifat dari material penyusun

Jenis dari serat dan juga matriks polimer yang digunakan pada komposit

dapat mempengaruhi kekuatan maupun kekakuan pada komposit yang

dihasilkan. Setiap jenis serat dan polimer memiliki kekuatan dan kekakuan

yang berbeda-beda dikarenakan struktur kimia penyusunnya.

Fraksi Volume Serat

Dalam suatu komposit, tiap-tiap serat dan matriks memiliki komposisi

tertentu. Untuk menguantisasi jumlah komposisi serat dan matriks yang

ada di komposit, dapat digunakan dengan mengukur volumenya yang

selanjutnya akan didapat fraksi volume. Serat mempunya besar fraksi

volume tertentu di dalam komposit. Semakin besar fraksi volume serat

yang digunakan maka serat tersebut semakin mampu memberikan faktor

penguatan pada komposit. Hukum pencampuran dalam komposit

berpenguat serat ini sering disebut dengan Rule of mixture.

Interface antara matriks dan serat

Ketika diberi pembebanan dari luar, daerah antar muka (interface) matriks

dan serat mengalami tegangan geser. Apabila interface antara matriks dan

serat tidak berikatan dengan baik maka serat tidak mampu memberikan

kontribursi kekuatannya sehingga hanya matriks saja yang mampu

memberikan kontribursi kekuatannya. Selain itu apabila ada void di

interface maka akan terjadi penkonsentrasian tegangan yang menyebabkan

komposit tidak memiliki kekuatan (sifat) yang diinginkan dan kekuatan

komposit ada dibawah kekuatan seharusnya.

Orientasi serat

Secara umum serat memiliki sifat anisotropi yaitu sifat dimana kekakuan

dan kekuatannya berbeda pada tiap-tiap arah. Misalnya, kekuatan dan

kekakuan serat berbeda pada arah longitudinal dan transversal. Walaupun

ada beberapa serat yang memiliki sifat isotropi seperti serat gelas. Dengan

adanya orientasi ini maka kita dapat memaksimalkan kekuatan dan

kekakuan serat pada arah yang diinginkan sehingga dapat hasil yang

optimum pada komposit tersebut. Komposit yang hanya memiliki orientasi

serat satu arah disebut uni-directional continuous fiber dan komposit yang

memiliki orientasi serat dua arah disebut bi-directional continuous fiber.

Impregnasi

Impregnasi adalah kemampuan serat untuk berikatan dengan matriks

sehingga membentuk konstruksi yang tiap-tiap penyusunnya mampu

memberikan efek penguatan. Impregnasi ini juga ikut berpengaruh pada

sifat mekanik komposit karena apabila impregnasinya buruk maka akan

tercipta void dan serat tidak dapat memberikan efek penguatannya pada

komposit.

Tugas Tambahan dari asisten

1. Sebutkan salah satu produk komposit dengan bentuk rumit?

Jawab:

DSLR camera

2. Jelaskan sedikit mengenai makromekanik?

Jawab:

Makromekanik adalah studi material komposit dengan mengasumsikan

bahwa material sifatnya homogen dan efek masing-masing komponen

seragam dengan rata-rata sifatnya. Komposit yang terbentuk dari

tumpukan lamina disebut dengan laminat. Lamina merupakan suatu lapis

pelat datar/lengkung dari unidirectional fiber di dalam suatu matriks.

Laminat merupakan pelat yang terdiri dari tumpukan lamina yang

orientasinya dapat ditentukan.