Studi Sifat Fisis Dan Mekanis Komposit Matriks Resin Polyester Yang Diperkuat Dengan Serat Panjang Serabut Kelapa Untuk Aplikasi Bumper Mobil

Benny Setiawan Santoso, Ir. M. Waziz Wildan, M.Sc., Ph.D.

2009 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Bahan komposit adalah bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan, yang memberikan sifat baru yang tidak dimiliki oleh bahan tunggal. Bahan komposit yang dikembangkan dalam penelitian ini adalah komposit unsaturated polyester yang diperkuat serabut kelapa untuk aplikasi bumper mobil. Bumper mobil yang baik harus memiliki ketangguhan impact yang baik agar mampu menahan benturan dan melindungi rangka. Selain itu bumper juga harus ringan untuk menghemat bahan bakar. Serabut kelapa dipilih karena serabut kelapa termasuk salah satu jenis serat alam dengan sifat mekanis yang tergolong baik karena memiliki kandungan lignin yang tinggi. Selain itu, serabut kelapa juga merupakan limbah di negara penghasil kelapa seperti Indonesia sehingga harganya murah dan mudah didapat. Melalui penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan produk bumper mobil dengan memanfaatkan serat alam, khususnya serabut kelapa untuk menggantikan serat sintetis seperti serat gelas. Penelitian ini difokuskan pada komposit serat panjang karena dalam aplikasinya, komposit serat panjang cocok untuk aplikasi yang kritis/menanggung beban besar seperti untuk bumper mobil. Serabut kelapa direndam dalam larutan alkali NaOH 5% selama 0, 20, 40, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 78, 80, dan 100 jam sebelum dilakukan pengujian single fiber untuk menentukan waktu perendaman optimal. Kemudian serat dengan waktu perendaman optimal dicampur dengan matriks unsaturated polyester. Teknik manufaktur yang dipilih adalah compression molding dengan menggunakan dongkrak hidrolik. Proses curing berlangsung selama 8 jam dan tekanan 3 MPa dalam temperatur udara luar. Pengujian mekanis yang dilakukan berupa pengujian bending dan impact, sedangkan sifat fisis yang dipelajari berupa pengujian densitas dan pengamatan struktur mikro dengan scanning electron microscope dan optical microscope Dari hasil pengujian, diperoleh kekuatan bending komposit unsaturated polyester yang diperkuat serat panjang serabut kelapa masih di bawah kekuatan bending dari matriks unsaturated polyester. Penambahan fraksi berat serat dari 5- 25% juga tidak menunjukkan peningkatan kekuatan bending yang cukup berarti. Hal yang sebaliknya ditunjukkan oleh hasil pengujian impact. Dari hasil pengujian impact dapat dilihat terjadi kenaikan ketangguhan impact komposit unsaturated polyester/serabut kelapa seiring dengan kenaikan fraksi berat hingga fraksi berat 15% dan mengalami penurunan pada fraksi berat 20% dan 25%. Kenaikan ketangguhan impact ini disebabkan oleh adanya mekanisme fiber pullout dan crack bridging pada komposit yang membantu menyerap sebagian energi patah yang diderita spesimen dan meningkatkan ketangguhan impact dari komposit.

Composite materials are formed by combining two or more distinct materials to yield new properties not possessed by the individual constituents. The composite material developed in this study is an unsaturated polyester composite reinforced with coconut fiber, intended for automotive bumper applications. An effective car bumper requires good impact toughness to withstand collisions and protect the vehicle's frame; additionally, it must be lightweight to improve fuel efficiency. Coconut fiber was selected because it is a natural fiber with favorable mechanical properties, largely due to its high lignin content. Furthermore, as a waste product in coconut-producing nations like Indonesia, it is inexpensive and readily available. This research aims to develop a car bumper utilizing natural fibers—specifically coconut fiber—as a substitute for synthetic alternatives such as glass fiber. The study focuses on long-fiber composites, which are well-suited for critical, high-load applications like automotive bumpers. Coconut fibers were soaked in a 5% NaOH alkaline solution for varying durations (0, 20, 40, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 78, 80, and 100 hours) prior to single-fiber testing to determine the optimal soaking time. Fibers treated for the optimal duration were then mixed with an unsaturated polyester matrix. Compression molding using a hydraulic jack was selected as the manufacturing technique. The curing process was conducted at ambient temperature under a pressure of 3 MPa for a duration of 8 hours. Mechanical testing consisted of bending and impact tests, while physical properties were evaluated through density measurements and microstructural analysis using scanning electron and optical microscopes. The results revealed that the bending strength of the long coir fiber-reinforced unsaturated polyester composite remained lower than that of the neat unsaturated polyester matrix. Furthermore, increasing the fiber weight fraction from 5% to 25% did not yield a significant improvement in bending strength. In contrast, the impact test results showed an increase in the impact toughness of the unsaturated polyester/coir fiber composite as the weight fraction rose to 15%, followed by a decline at weight fractions of 20% and 25%. This increase in impact toughness is attributed to fiber pull-out and crack-bridging mechanisms within the composite, which help absorb a portion of the fracture energy and enhance the material's overall impact toughness.

Kata Kunci : komposit, serat panjang, serabut kelapa, polyester, bumper mobil, perlakuan alkali, pengujian mekanis.