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.
Top Related