Pendahuluan
Kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan
pada waktu ini yang bertumbuh sangat pesat, khususnya pada
material komposit yang banyak dikembangkan di dunia, dan banyak ditemukan di
berbagai industri dan rumah tangga. Pada saat ini pengunaan material komposit
telah banyak digunakan diberbagai bidang misalnya salah satu contohnya pada
bidang otomotif, aeromodelling,
perkakas dan kelautan sebagai pengganti bahan konvensional. Bahan komposit
terbagi dari matrik dan reinforced.
Komposit merupakan perpaduan dari bahan
yang dipilih gabungan dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau
dicampur menjadi satu secara makroskopis (Ariyan, 2012). Bahan komposit
memiliki kelebihan tersendiri, Memiliki bobot yang ringan, mempunyai daya yang
lebih kuat, kekakuan yang baik, biaya produksinya yang lebih murah dan juga
memiliki ketahanan terhadap korosi ini merupakan kelebihan dari dari material
komposit. Komposit di bagi menjadi tiga berdasarkan morfologi material
penguatnya, yaitu komposit partikulat, komposit serat, dan komposit laminat (Gunawan
& Aksar, 2016). Produk jadi dari
bahan komposit matriks polimer disebut juga polimer berpenguat serat.
Matriks adalah fasa dalam komposit yang
mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan
rigiditas yang lebih rendah. Matriks dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian,
yaitu termoplastik dan termoset (Oroh et al., 2013). Beberapa jenis
matrik polimer termoset yang sering digunakan adalah polyester, epoxy, phenolics, dan polyamids, sedangkan yang termasuk
jenis matrik polimer termoplast
adalah polyethylene, polypropylene,
nilon, polycarbonate, dan polyether-ether keton. Dalam penelitian ini
matriks yang digunakan adalah resin poliester (Maryanti
et al., 2011).
Filler
merupakan komponen di dalam material komposit yang bertujuan untuk memperbaiki
sifat mekanik dari bahan matriks yang digunakan. Bahan yang umum digunak
sebagai filler adalah fiber glass dan dicampurkan pengisi
berupa partikel. Alasan yang digunakan untuk pengisi dalam komposit untuk
memperbaiki sifat mekanik dan memperbaiki penampilan produk akhir. Untuk
memperbaiki penampilan produk dengan menambahkan ampas kopi.
Kopi merupakan salah satu produk
pertanian yang paling melimpah, serta salah satu minuman yang paling banyak di
konsumsi di dunia. Kopi dapat menjadi produk seperti enim, asam organik, bahan
bakar, etanol pewarna, kompos dan senyawa fenolik antioksidan. Ampas kopi mengandunga
sejumlaha besar senyawa organik yaitu, polifenol, lignin, selulosa, hemiselulosa,
dan polisakari dan lainnya. Komposit juga dapat dikembangkan dengan banyak
metode, salah satunya dengana metode hand
lay up.
Berdasarkan hasil penelitian kekuatan
tarik terbesar pada 1 layer serat E-Glass tanpa ampas kopi dengana nilai
118,92 MPa. Sedangkan kekuatan tarik terendah pada 4 layer serat E-Glass tanpa ampas kopi dengan nilai
62,26 MPa, sedangkan kekuatan tarik terbesar menggunakan ampas kopi pada 1
layer serat E-Glass didapatkan nilai
94,1 MPa, sedangkan yang terkecil pada variasi 0 layer E-glass dengan ampas kopi 7 MPa. Dari hasil analisis yang telah
dilakukan bahwa ampas kopi dapat menurunkan kekuatan tarik, karena
sifat dari ampas kopi sendiri yang mudah beraglomorasi
mengakibatkan pembasahan yang kurang sempurna terhadap partikel ampas kopi (Hermiansyah et al., 2018).
Sedangkan menurut Penelitian yang
dilakukan oleh Munasir,berdasarkan uji kualitas ikatan antar muka atau
kompaktibilitas komposit polypropylene
dengan Fiber Glass secara teoritis
sudah terjadi kompaktibilitas antara kedua bahan tersebut sehingga membentuk
bahan komposit, hal ini ditunjukan oleh grafik
upper lower bond. Dan dari hasil uji kekuatan tarik diperoleh, kekuatan
tarik terbesar terdapat pada bahan komposit dengan orientasi serat searah
dibanding komposit tanpa serat (1,06:1) dan tanpa serat dibanding serat dua
arah (1:0,87). Komposit dengan serat dua arah mempunyai kekuatan tarik
terendah, hal ini disebabkan oleh arah serat yang tegak lurus dengan arah
pembebanan akan memperlemah kekuatan tariknya, hal ini berkebalikan dengan
nilai elogationnya yaitu orientasi serat dua arah mempunyai elongationa yang
lebih besar daripada serat searah (Munasir,
2011).
Padaa penelitian ini akan di lakukan
analisa kekuatan mekanika komposit ampas kopi dengana matrik unsaturared polyester dengana penguat fiber glass kemudian di tambahkan partikel
ampas kopi dengan tujuana mengetahui sifat mekanika serta kemampuan partikel
ampas kopi. Dari penelitian diatas, maka penelitian ingin mencoba
membuat sebuah penelitian yaitu �Pengaruh Jumlah Variasi Fiber Glass Terhadap kekuatan Tarik Komposit Ampas Kopi�. Tujuan
akhir yang diharapkan dalam penelitian ini adalah� memahami nilai kekuatan tarik komposit
ampas kopi dari berbagai variasi dan memahami kekuatan pengujian bending dari
material komposit ampas kopi dari berbagai variasi.
Metode Penelitian
Gambar 1
Diagram Alir
Ampas kopi yang di yang digunakan dari cafe-cafe yang berada di lingkungan sekitar daerah Bojong Nangka. Limbah kopi yang digunakan adalah ampas kopi hitam (Robusta). Sebelum digunakan ampas kopi di keringkan dahulu dengan oven sampai kering.� Resin yang digunakan
Unsaturated Polyester Eterset
2504 APT dengan katalis dengan perhitungan 1 % dari volume resin. Fiber glass yang digunakan
dengan tipe Continuoud Fiber Mat (CFM) lalu
dipotong sesuai ukuran cetakan. Bahan yang sudah terkumpul kemudia di campurkan menjadi satu. Penelitian ini menggunakan perbandingan 49% resin, 1% katalis
dan 50% ampas kopi.
Jenis
penelitian ini adalah penelitian kuantitatif yang digunakan untuk menyelesaikan masalah melalui teknik pengukuran terhadap variabel-variabel tertentu dan menghasilkan kesimpulan. Menurut Sugiyono metode ini disebut metode
kuantitatif
karena data penelitian berupa angka-angka dan analisis menggunakan statistik (Sugiyono, 2018).
Pada Penelitian ini
Cetakan yang digunakan untuk membuat spesimen
uji memiliki ukuran yang sama yaitu 30 cm x 3 cm x 1.5 cm tetapi memiliki komposisi yang bervariasi tiap variannya. Komposisi pada spesimen untuk non layer� memiliki
komposisi resin 74.08 ml dan katalis
1.35 ml. Untuka 1 layer memiliki
resin sebesar 72.74 ml dan katalisa
1.32 ml. Untuk 2 layer memiliki
komposisi resin 7.41 ml dan katalis
1.30 ml. Untuk 3 layer memiliki
komposisi resin 73.43 ml dan katalis
1.27 ml. Adapun cara dalam pembuat spesimena tersebut adalah dengan mencampurkan resin, katalis dan ampas kopi sesuai dengan variasi
yang berbeda-beda. Untuk
layer 1, 2, dan 3 menambah fiber glass. Setelah itu diamkana selama 24 jam didalama suhu ruangan.�
A. Komposit
Pengertian
bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang
digabung atau dicampur secara makroskopis menjadi suatu bahan yang berguna (Gundara, 2017). Sedangkan
menurut penelitian Istanta komposit (atau komposit) adalah suatu jenis� bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari
dua� atau lebih bahan dimana sifat
masing-masing� bahan berbeda satu sama
lainnya baik itu sifat� kimia maupun
fisika dan tetap terpisah dalam� hasil
akhir bahan tersebut (bahan komposit) (Istanta, 2020). Bahan komposit
secara umum terdiri dari penguat dan matrik.
1. Matriks
Matrisk
adalah salah satu fasa pembentukan komposit yang mana komposisinya lebih besar
dengan fasa lainnya (Pambudi,
2018). Matriks dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian, yaitu
termoplastik dan termoset. Beberapa jenis matrik polimer termoset yang sering digunakan adalah polyester,
epoxy, phenolics, dan polyamids,
sedangkan yang termasuk jenis matrik polimer termoplasta adalah
polyethylene, polypropylene, nilon, polycarbonate, dan polyether-ether keton. Dalam penelitiana ini matriksa yang digunakana adalah resina poliester.
2.
Bahan Penguat (Reinforcement)
Bahan
Penguat merupakan bahan utama komposit
yang berfungsi sebagai penanggung bahan utama pada komposit seperti serta. Bagian utama yang berfungsi menahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatannya dan juga bentuknya ini merupakan
fungsi dari serat atau fiber dalam komposit. Semakin kecil bahan
(diameter serta mendekati ukuran kristal) maka semakin kuat
bahan itu, karena minimnyaa kegagalan pada materialnya.
Bahan komposit dapat dikelompokkan ke dalam empat
bagian utama. Bagian pertama adalah matriks yang merupakan penyusun dasar
komposit yang memiliki jumlah besar. Matriks dapat berupa logam, keramik atau
polimer. Bahan kedua adalah penguat (reinforcement)
merupakan penyusun komposit yang memperkuat dan meningkatkan sifat-sifat
mekanik matriks. Bahan yang ke tiga adalah pengisi (filler) merupakan bahan untuk meningkatkan sifat dan jumlah bahan
komposit sehingga mengurangi biaya produksi dan bahan penambah (additive) yang merupakan bahan untuk meningkatkan rekatan antar matriks dan penguat (Endriatno et al., 2015).
Salah satu faktor penting yang
mempengaruhi karakteristik dari komposit adalah perbandingan fraksi volume serat (Vf) yang akan
menentukan kekuatan, kekakuan dan keuletan material komposit (Banowati et al., 2017).
B.
Fiber
Glass
Serat glass
juga mempunyai karakteristik yang berbeda-beda. Pada penggunannya, serat glass
disesuaikan dengan sifat/karakteristik yang dimilikinya. Serat glass terbuat
dari silica, alumina, lime, magnesia dan lain-lain. Biaya produksi rendah,
proses produksi sangat sederhana, memberikan serat glass unggul dalam ratio
(perbandingan) harga dan performance. Serat glass banyak digunakan di
industri-industri otomotif seperti panel-panel body kendaraan. Bahkan sepeda
motor sekarang seluruh body terbuat dari komposit yang berpenguat serat glass (Fahmi & Arifin, 2015).
C.
Ampas
Kopi
Kopi adalah produk pertanian
yang paling banyak dan juga salah satu
minuman yang banyak di konsumsi didunia. Kopi dapat menjadi produk
yang bermanfaat karena adanya enzim, asam
organik, bahan bakar, etanol, pewarna, kompos dana senyawa
fenolika antioksida. Kandungan senyawa organika pada limbah kopi terdapat polifenol,
lignin, selulosa, hemiselulosa
dan polisakarida lainnya.
D. Hand
Lay-Up
Hand lay
up adalah metode yang paling sederhana dibanding metode lain dana merupaka metode proses dengan metode terbuka dari proses fabrikasi komposit.Konsep hand lay-up pada pembuatan komposit dilakukan dengan metode lapisan demi lapisan sampai diperoleh ketebalan yang diinginkan. Dimana setiap lapisan berisi matrik dan filler �(Zulkarnain
et al., 2019).
E. Pengujian Tarik
ASTM D 638 merupakan standard pengujian sifat tarik pada komposit bermatrik polimer. Uji tarik adalah salah satu uji stress-strain
mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik,
dimana bahan uji akan ditarik sampai
putus. Uji tarik
dilakukan dengan cara penarikan uji dengan gaya tarik
secara terus menerus, sehingga bahan (perpajangannya) terus menerus meningkat
dan teratur sampai putus, dengan tujuan
menentukan nilai tarik. Untuk mengetahui
kekuatan tarik suatu bahan dalam
pembebanan tarik, garis gaya harus berhimpit
dengan garis sumbu bahan sehingga pembebanan terjadi beban tarik lurus.
Tetapi jika gaya tarik sudut
berhimpit maka yang terjadi adalah gaya lentur (Salindeho et al., 2013).
Pengujian tarik dilakukana
untuk mencari tegangan dan regangana
(stress�strain test). Dari pengujian tarik dapat diketahui
beberap sifat mekanik material yang sangat dibutuhkan dalam desain rekayasa.
Teori menyatakan
bahwa suatu bahan berkelakuan secara elastis dan memperlihatkan suatu hubungan liniear antara tegangan regangan yang disebut elastis secara linier. Hubungan linier antara tegangan regangan untuk suatu batang
yang mengalami tarik atau tekan sehingga
diperoleh modulus elastisitas
(Maryanti
et al., 2011). Hasil dari pengujian ini adalah grafik
beban dengan perpanjangan atau elongasi.
σ=P/A
Keterangan :
σ = Tegangan
tarik
P = Beban yang diberikan
A = Luas Permukaan����
ε=(L-L_0)/L_0
Keterangan :
ε �� = Regangan tarik
L �� =
Panjang� Akhir Spesimen
L0 = Panjang Awal Spesime
Hubungana antara
stressa dan strain dapata dirumuskana :
E=σ/ε
Keterangan :
E = Modulusa
Elastisitasa
σ = Tegangan
ε = Regangan
F. Pengujian Bending
Kekuatan bending atau kekuatan lengkung
adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Akibat pengujian bending, pada bagian atas spesimen
akan mengalami tekanan dan bagian bawah akan mengalami
tegangan tarik (Ariyan,
2012).
ASTM D790 merupakan
metode untuk menentukan sifat bending dari plastik dengan
penguat maupun tanpa penguat. Untuk mengetahui kekuatana bending pada material yang telah
dibuat dilakukan analisa dengan melakukana asumsi bahwa material komposit homogen. Proses pengujian dilakukan menggunakan batang
sederhana dengan dua titik dudukan
dan pembebanan pada tengah batang uji (three point bending).
�����������
A.
Uji Tarik
Tabel 1
Hasil Uji Tarik
|
Table Uji Tarik |
|||||||
|
Spesimen (Layer) |
Lebar
(mm) |
Tebal (mm) |
A
(mm2) |
Kekuatan Tarik (MPa) |
(%) |
L
(mm2) |
Modulus
Elastisitas (MPa) |
|
0 |
13 |
5 |
65 |
2 |
3.76 |
2.38 |
0.53 |
|
1 |
126 |
7.6 |
95.76 |
11 |
3.76 |
2.38 |
2.93 |
|
2 |
125 |
9.6 |
120 |
13 |
16.1 |
8.55 |
0.81 |
|
3 |
13 |
10.2 |
132.6 |
14 |
7.36 |
4.18 |
1.9 |
Hasil dari uji tarik dalam penelitian ini dari beberapa jumlah varian fiber glass terdapat
kekuatan tarik dapat dilihat disetiap
variasi. Pada 0 layer didapatkan 2 MPa mengalami kenaikan pada 1 layer sebesar 11
MPa, kemudian mengalami kenaikan terus menurus hingga sampe ke layer 3. Akan tetapi kenaikan kekuatan tersebut tidak melebihi kekuatan tanpa menggunakan serat. Pada layer 2
di dapatkan kekuatan 13 MPa
dan pada layer ke 3 didapatkan
kekuatan 14 MPa. Dari hasil analisis yang telah dilakukan bahwa ampas kopi dapat menurunkan kekuatan Tarik, karena sifat dari
ampas kopi sendiri yang mudah beraglomorasi mengakibatkan pembasahan yang kurang sempurna terhadap partikel ampas kopi.
�����������������������
Gambar 2
Spesimen Uji Tarik
B.
Uji Bending
Tabel 2
Hasil Uji Bending
|
Tabel Uji Bending |
|||
|
�
No. |
Spesimen (Layer) |
Beban Tekuk Maks (Kgf) |
Tekuk Maksimum
(MPa) |
|
1 |
0 |
20,78 |
0,98 |
|
2 |
1 |
9,2 |
0 |
|
3 |
2 |
109,92 |
2,94 |
|
4 |
3 |
27,11 |
0,98 |
Pada pengujian Kekuatan uji bending dengan
0 layer didapatkan hasil 0.98 MPa dan untuk kekuatan uji bending dengan 1
layer didapatkana hasil 0 MPa, kekuatana uji bendinga dengana
2 layer didapatkan hasil
2.94 MPa, terakhira kekuatana uji bending 3 layer didapatkana 0.98 MPa. Dapat diketahui nilai tertinggi pada 2 layer dikarenakan terjadi pembasahan matrik yang sempurnah, sedangkan dengan 0 layer, 1 layer
dan 3 layer mengalami sifat
dari ampas kopi sendiri yang mudah beraglomorasi mengakibatkan pembasahan yang kurang sempurna terhadap partikel ampas kopi. Dari hasil diatas menunjukkan
bila serat semakin banyak serat maka tegangan
bendingnya semakin naik. Semakin meningkatnya kekuatan bending ini dikarenakan dimensi komposit yang semakin besar. Semakin banyak serat yang digunakan, dimensi komposit akan semakin
besar pula.
Gambar 3
Spesimen Uji Tarik
Kesimpulan��������������������������������������������������������������
Berdasarkan uraian diatas maka dari penelitian ini dapat
disimpulkan bahwa: Pengujiana tarik dengan berbagai variasi 0 sampai 3 layer
menghasilkan nilai kekuatan tarik tertinggi pada variasi 3 layer sebesar 14 MPa
sedangkan nilai kekuatan tarik terendah pada komposit ampas kopi tanpa layer
dengan nilai sebesar 2 MPa. Pengujian Hasil uji bending Didapatkan nilai
tertinggi pada 2 layer dengan nilai sebesar 2.94 MPa, sedangkana nilai paling
terendah pada pengujian bending pada 1 layer dengan nilai sebesar 0 MPa.
BIBLIOGRAFI
Ariyan, D. M. G. (2012). Pengaruh
Variasi Panjang Serat Fiberglass Bermatrik Plastik High Density Polyethylene
(HDPE) Terhadap Kekuatan Bending Komposit Abstrak. Jurnal Teknik Mesin, 1(1),
3� 5.
Banowati, L., Prasetyo, W. A., &
Gunara, D. M. (2017). Analisis Perbandingan Kekuatan Tarik Orientasi
Unidirectional 0 Dan 90 Pada Struktur Komposit Serat Mendong
Dengan Menggunakan Epoksi Bakelite Epr 174. Infomatek: Jurnal Informatika,
Manajemen Dan Teknologi, 19(2), 57�64.
Endriatno, N., Kadir, K., & Alim, A.
(2015). Analisis Sifat Mekanik Komposit Sandwich Serat Pelepah Pisang dengan
Core Kayu Biti. Dinamika: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, 6(2).
Fahmi, H., & Arifin, N. (2015).
Pengaruh Variasi Komposisi Komposit Resin Epoxy/Serat Glass Dan Serat Daun
Nanas Terhadap Ketangguhan. Jurnal Teknik Mesin (JTM), 4(2).
Gunawan, Y., & Aksar, P. (2016).
Analisa Pengaruh Ukuran Diameter Serat Tangkai Sagu terhadap Sifat Mekanik pada
Material Komposit. Enthalpy, 1(2).
Gundara, G. (2017). Analisis Sifat Fisis
dan Mekanis Komposit Serat Gelas Berlapis. Prosiding Seminar Nasional
Teknoka, 2, M17�M21.
Hermiansyah, M. E., Junus, S., Laksana, D.
D., Sholahuddin, I., Sumarji, S., & Nugraha, Y. A. (2018). Pengaruh Jumlah Lamina
Fiberglass Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Spent Coffee Ground Dengan Metode
Vacuum Molding. Stator: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin, 1(1),
117�120.
Istanta, D. (2020). Analisis Pengaruh
Texture Serat Terhadap Sifat Fisik Dan Mekanik Aramid Epoksi Prepreg. Jurnal
Industri Elektro Dan Penerbangan, 3(1).
Maryanti, B., Sonief, A. A. ad, &
Wahyudi, S. (2011). Pengaruh Alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester
Terhadap Kekuatan Tarik. Rekayasa Mesin, 2(2), 123�129.
Munasir, M. (2011). Studi Pengaruh
Orientasi Serat Fiber Glass Searah dan Dua Arah Single Layer terhadap Kekuatan
Tarik Bahan Komposit Polypropylene. Jurnal Penelitian Fisika Dan Aplikasinya
(JPFA), 1(1), 33�41.
Oroh, J., Sappu, F. P., & Lumintang, R.
C. (2013). Analisis sifat mekanik material komposit dari serat sabut kelapa. Jurnal
Online Poros Teknik Mesin Unsrat, 1(1).
Pambudi, R. F. (2018). Pengaruh Variasi
Layer Fiber Glass dengan Pembebanan Tarik terhadap Sifat Termal Komposit
Polyester-Ampas Kopi. Tesis Universitas Negeri Jember.
Salindeho, R. D., Soukotta, J., &
Poeng, R. (2013). Pemodelan pengujian tarik untuk menganalisis sifat mekanik
material. Jurnal Online Poros Teknik Mesin Unsrat, 2(2).
Sugiyono. (2018). Metode Penelitian
Kuantitatif Dan Kualitatif dan R&D. Bandung. Alfabeta.
Zulkarnain, A., Wirawan, W. A., &
Permatasari, L. A. P. (2019). Kekuatan Bending Pada Material Komposit Interior
Kereta Api Dengan Metode Hand Lay-Up. Prosiding Seminar Nasional Teknologi,
Inovasi Dan Aplikasi Di Lingkungan Tropis, 2(1), 88�93.