Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398
Vol. 9, No. 11, November 2024
KARAKTERISTIK KEKUATAN MEKANIS KOMPOSIT SERAT KARBON
POROS RODA BELAKANG GO-KART
Achmad Aldian1, Erwin Siahaan2, Harto Tanujaya3
Universitas Tarumanagara, Jakarta, Indonesia1,2,3
Email: [email protected]1
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik kekuatan mekanik dari poros
roda belakang gokart yang terbuat dari komposit serat
karbon. Metode pengolahan data yang dilakukan adalah melakukan pengujian impact, pengujian
bending test, dan kekerasan vickers
pada serat karbon twill terhadap sifat komposit untuk meningkatan karakteristik poros roda belakang
go-kart. Setelah itu dilakukan setelah itu akan dilakukan
pengujian bending test ASTM D790 untuk
pengujian impak ASTM 6110 setelah itu melakukan
pengujian kekerasan vickers ASTM E92.nilai impact tertinggi
diperoleh pada proses Pengujian
Impact dengan perbandingan karbon terhadap resin 80/20 pada spesimen C yaitu 0,327 joule/ Sedangkan nilai impact paling
rendah pada proses Pengujian Impact dengan perbandingan karbon terhadap resin
90/10 pada spesimen A yaitu 0,307 joule/.Hal ini menujukan bahwa material dengan struktur paling kuat diperoleh
pada proses Pengujian Impact dengan perbandingan karbon terhadap resin 85/15
pada spesimen B yaitu 0,321 joule/.Hasil pengujian kekerasan
Hardness Vikers dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 85\15 pada
spesimen B,memiliki nilai kekerasan terbesar,yaitu
sebesar 84,09 HVN.Sedangkan hasil terendah diperoleh spesimen A dengan proses
perbandingan karbon terhadap resin 90\10 sebesar 10,4 HVN. Sedangkan hasil
sedang diperoleh spesimen C dengan proses perbandingan karbon terhadap resin
80\20 sebesar 46,65 HVN.Hasil pengujian Bending dengan proses perbandingan
karbon terhadap resin 85\15 memiliki nilai kekuatan bending terbesar , yaitu sebesar 43,4838 N/mm2. Sedangkan hasil terendah diperoleh dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 90\10,
36,9863 N/mm2. Sedangkan hasil
sedang diperoleh spesimen C dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 80\20 sebesar
41,9844 N/mm2.
Kata Kunci: Komposit
Serat Karbon, Pengujian
Impact, Kekerasan Vikers, Pemgujian Bending Test,rasio resin terhadap karbon, Kekuatan.
Abstract
This research aims to
analyze the mechanical strength characteristics of the rear axle of a go-kart
made from carbon fiber composite. The data processing method used is to carry
out impact testing, bending tests, and Vickers hardness of twill carbon fiber
on the properties of the composite to improve the characteristics of the
go-kart rear wheel axle. After that, the ASTM D790 bending test will be carried
out for the ASTM 6110 impact test, after that the ASTM E92 Vickers hardness
test will be carried out. The highest impact value was obtained in the Impact
Testing process with a carbon to resin ratio of 80/20 on specimen C, namely
0.327 joules/mm ^2 Meanwhile, the lowest impact value was in the Impact Testing
process with a carbon to resin ratio of 90/10 in specimen A, namely 0.307
joules/〖mm〗^2. This shows that the material with the strongest
structure was obtained in the Impact Testing process with a carbon to resin
ratio. 85/15 resin on specimen B, namely 0.321 joules/〖mm〗^2. The results of the Hardness Vikers
hardness test using the carbon comparison process to 85\15 resin on specimen B,
had the largest hardness value, namely 84.09 HVN. Meanwhile the lowest result
Specimen A was obtained using a carbon to resin 90\10 ratio process of 10.4
HVN. Meanwhile, the moderate results obtained for specimen C using the carbon
to 80\20 resin ratio process were 46.65 HVN. The bending test results using the
carbon to 85\15 resin ratio process had the largest bending strength value,
namely 43.4838 N/mm2. Meanwhile, the lowest result was obtained with a carbon
to resin ratio of 90\10, 36.9863 N/mm2. Meanwhile, moderate results were
obtained for specimen C using a ratio of carbon to resin 80\20 of 41.9844
N/mm2.
Keywords: Carbon Fiber Composite, Impact Testing, Vikers Hardness, Bending Test Testing, resin to carbon
ratio, Strength.
Pendahuluan
Saat ini, pengembangan komposit bergantung pada kebutuhan industri akan bahan
yang ringan dan kuat. Salah
satu komposit yang paling sering dibuat adalah
komposit yang diperkuat serat. Penelitian ini akan membahas
tentang karakteristik kekuatan mekanik poros roda belakang
gokart yang terbuat dari komposit serat
karbon. Komposit adalah komposit yang terbuat dari gabungan
dua material atau lebih dengan matriks sebagai pengikat dan penguat sebagai penguat
Secara umum, kain poliester dibuat dari serat
sintetis poliester, yang merupakan polimer yang dihasilkan dari reaksi kimia antara
asam dan alkohol
Seiring perkembangan
industri yang semakin pesat, kebutuhan akan material yang memiliki bobot ringan namun
kuat menjadi prioritas, terutama di sektor otomotif dan dirgantara. Material komposit telah menjadi pilihan
yang populer sebagai pengganti material konvensional
yang lebih berat. Salah satu jenis komposit
yang paling sering dikembangkan
adalah komposit yang diperkuat serat, seperti serat karbon,
yang memiliki keunggulan dari segi kekuatan,
ketahanan, dan ringan
Penggunaan komposit
serat karbon di bidang otomotif telah memungkinkan pengembangan kendaraan yang lebih ringan dan efisien. Dalam hal ini, serat
karbon menawarkan kekuatan tarik yang tinggi dan ketahanan terhadap deformasi, yang sangat bermanfaat untuk mengurangi beban kendaraan dan meningkatkan efisiensi bahan bakar
Salah satu
bahan pendukung dalam proses pembuatan komposit adalah breather cloth,
yang berfungsi untuk mengeluarkan udara dan gas dari laminasi selama
proses pengawetan, mencegah
pembentukan gelembung udara, dan memastikan hasil akhir yang berkualitas tinggi. Proses ini penting untuk
meningkatkan kualitas dan kekuatan komposit
Beberapa penelitian
telah menyoroti keunggulan komposit serat karbon dalam
berbagai aplikasi industri. Menurut studi oleh Ophelia et al.
Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimen
Bahan dan peralatan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini
1.
Serat karbon Fiber dan Twill
Serat karbon yang digunukan adalah karbon twill terhadap poros roda belakang go- kart.serat karbon akan dirapihkan terlebih dahulu kemudian dipotong sesuai ASTM.
2. Alat uji lentur (Bending Test)
Bending test metode pengujian yang umum digunakan untuk mengukur kekuatan dan karakteristik mekanik suatu bahan
atau struktur. Metode ini melibatkan
pemberian beban pada sampel material
atau struktur dan mengamati respon terhadap tekanan yang diberikan. Digunakan sebagai alat untuk pengujian kelenturan.
Gambar 2. Alat uji bending test
3. Alat uji impact charpy
Metode uji charpy impact adalah alat yang digunakan untuk mengukur ketangguhan material terhadap benturan. Uji ini biasanya digunakan untuk menentukan sejauh mana material dapat menyerap energi sebelum mengalami kegagalan (fracture) ketika terkena beban mendadak.
Gambar 3.
Alat Uji Impact Charpy
4.
Alat uji Kekerasan Vickers
Uji kekerasan Vickers adalah teknik yang sering digunakan untuk menguji kekerasan bahan seperti keramik, logam, dan bahan lainnya. Metode ini melibatkan penekanan indentor, biasanya berbentuk piramida dengan basis berlian, ke dalam permukaan material dengan gaya yang diketahui.
Gambar 4. Alat
uji Kekerasan Vickers
5. Alat ukur
Salah satu alat ukur yang dapat digunakan untuk mengetahui panjang, diameter luar, dan diameter dalam sebuah bentuk benda tertentu. Digunakan sebagai alat untuk mengukur potongan yang diperlukan.
Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan proses uji yang telah dilakukan, berikut merupakan data hasil pengujian: Rumus yang digunakan:
Dimana:
𝐻𝐼 =
𝐺 × 𝐷
(𝑐𝑜𝑠 𝛽 – 𝑐𝑜𝑠 𝛼) × 𝐿
𝐴 = (𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒\𝑚𝑚)
G = Berat pendulum (kg)
D = Jarak sumbu pendulum dengan pusat berat (m) L = Panjang Tuas (m)
A = Luas Penampang
Spesimen |
A1 |
A2 |
A3 |
Panjang(mm) |
125 |
125 |
125 |
Lebar(mm) |
12,7 |
12,7 |
12,7 |
Tebal(mm) |
3,2 |
3,2 |
3,2 |
Luas penampang |
40,64 |
40,64 |
40,64 |
Sudut α (°) |
144 |
144 |
144 |
Sudut β (°) |
78 |
84 |
74 |
Jarak sumbu pendulum dengan pusat berat (m) |
0,6345 |
0,6345 |
0,6345 |
Panjang tuas |
0,75 |
0,75 |
0,75 |
Berat pendulum (kg) |
26,12 |
26,12 |
26,12 |
Impact Energy |
0,311 |
0,279 |
0,332 |
Rata – Rata (Joule/mm²) |
0,307 |
Tabel 2. Hasil Pengujian Impact
dengan perbandingan karbon terhadap resin 85\15
Spesimen |
B1 |
B2 |
B3 |
Panjang (mm) |
`125 |
125 |
125 |
Lebar (mm) |
12,7 |
12,7 |
12,7 |
Tebal (mm) |
3,2 |
3,2 |
3,2 |
Luas Penanmpang |
40,64 |
40,64 |
40,64 |
Sudut α (°) |
144 |
144 |
144 |
Sudut β (°) |
75 |
76 |
77 |
Jarak sumbu pendulum dengan pusat berat (m) |
0,6345 |
0,6345 |
0,6345 |
Panjang Tuas (m) |
0,75 |
0,75 |
0,75 |
Berat pendulum (kg) |
26,12 |
26,12 |
26,12 |
Impact Energy (Joule/mm²) |
0,326 |
0.321 |
0.316 |
Rata – Rata (Joule/mm²) |
0,321 |
Spesimen C1 C2 C3 Panjang (mm) 125 125 125 Lebar (mm) 12,7 12,7 12,7 Tebal (mm) 3,2 3,2 3,2 Luas Penanmpang 40,64 40,64 40,64 Sudut α (°) 144 144 144 Sudut β (°) 66 83 75 Jarak sumbu pendulum dengan pusat berat (m) 0,6345 0,6345 0,6345 Panjang Tuas (m) 0,75 0,75 0,75 Berat
pendulum (kg) 26,12 26,12 26,12 Impact Energy (Joule/mm²) 0,372 0.285 0.326 Rata
– Rata (Joule/mm²) 0,327
Tabel 3. Hasil Pengujian Impact
dengan perbandingan karbon terhadap resin 80\20
Gambar 6. Grafik Pengujian Impact
Pembahasan
Pengujian dengan
pembebanan cepat (rapid loading). Jenis beban yang diberikan kepada material dalam pengujian mekanik bervariasi. Uji tarik, uji tekan,
uji puntir adalah pengujian yang menggunakan beban statik. Sedangkan uji impak menggunakan
beban dinamik. Pada pembebanan cepat atau disebut
juga beban impak, terjadi proses penyerapan energi yang besar dari energi kinetik suatu beban yang menumbuk ke spesimen.
Proses penyerapan energi ini akan
diubah dalam berbagai respon pada material seperti
deformasi plastis. Hasil pengujian ini memberikan informasi penting tentang sifat mekanik
dan daya tahan bahan terhadap beban tumbukan yang dapat terjadi dalam
situasi nyata, seperti kecelakaan atau kondisi lingkungan
tertentu. Beberapa
parameter yang umumnya dievaluasi
dalam pengujian impak melibatkan analisis energi yang diserap, deformasi material, dan perilaku struktural pada saat tumbukan. Dari pengujian uji impak yang telah dilakukan maka didapat jenis
atau klasifikasi patahan, jenis patahan yang didapat pada pengujian impak kali ini adalah patahan getas dan patahan ulet.
Dilihat dari grafik diatas, nilai impact tertinggi diperoleh pada proses Pengujian
Impact dengan perbandingan karbon terhadap resin 80/20 pada spesimen C yaitu 0,327 joule/ Sedangkan nilai impact paling rendah pada proses Pengujian
Impact dengan perbandingan karbon terhadap resin 90/10 pada spesimen A yaitu 0,307 joule/.Hal ini menujukan bahwa material dengan
struktur paling kuat diperoleh pada proses Pengujian Impact dengan perbandingan
karbon terhadap resin 85/15 pada spesimen B yaitu 0,321 joule/.
Berdasarkan proses uji yang telah dilakukan, berikut merupakan data hasil pengujian: Rumus yang digunakan:
Rumus Kekerasan Vickers
Panjang diahonal
rata-rata (µm), dengan d rata-rata (µm)
Kekerasan
rata-rata (HVN)
Tabel 4.
Hasil Pengujian Kekerasan Vikers dengan perbandingan
karbon terhadap
resin 90\10
Spesimen |
D1 (µm) |
D2 (µm) |
Rata-Rata
(µm) |
P(kgf) |
HVN |
Rata – Rata
(HVN) |
A1 |
106,31 |
119,94 |
113,25 |
0,49 |
7,25 |
|
A2 |
86 |
84,75 |
85,375 |
0,49 |
12,72 |
10,4 |
A3 |
117,25 |
64.56 |
90,9 |
0,49 |
11.23 |
|
Tabel 5.
Hasil Pengujian Kekerasan Vikers dengan perbandingan karbon terhadap
resin 85\15
Spesimen |
D1 (µm) |
D2 (µm) |
Rata-Rata (µm) |
P(kgf) |
HVN |
Rata – Rata
(HVN) |
B1 |
39,81 |
33,06 |
36,43 |
0,49 |
69,83 |
|
B2 |
29,25 |
36,06 |
32,65 |
0,49 |
87,11 |
84,09 |
B3 |
36,94 |
25,44 |
31,19 |
0,49 |
95,33 |
|
Tabel 6. Hasil Pengujian Kekerasan Vikers dengan perbandingan karbon terhadap
resin 80\20
Spesimen |
D1 (µm) |
D2 (µm) |
Rata-Rata
(µm) |
P(kgf) |
HVN |
Rata – Rata
(HVN) |
C1 |
43,31 |
35,94 |
39,62 |
0,49 |
59,05 |
|
C2 |
50,63 |
44,56 |
47,59 |
0,49 |
40,99 |
46,65 |
C3 |
47,94 |
48,44 |
48,2 |
0,49 |
39,93 |
|
Gambar 7. Grafik Pengujian Kekerasan Vikers
Pembahasan dan Analisa
Secara umum, metode vickers sebagai pengujian kekerasan material dilakukan dengan cara menekan material atau spesimen uji dengan indentor intan dengan bentuk
piramida dengan alas segi empat dan besar sudut dari
permukaan yang berhadapan
136 derajat. Dengan metode tersebut, didapatkan hasil pengujian seperti pada Gambar 4.2
Grafik hasil pengujian kekerasan Vikers. Pada pelaksanaan pengujian kekerasan material atau benda dengan
menggunakan metode Vickers maka material atau benda yang akan diuji harus memiliki
permukaan yang datar atau rata, halus, bersih (tidak ada
noda seperti cat, kerak, oksida, minyak ataupun kotoran). Untuk mendapatkan permukaan yang rata ini maka harus
dilakukannya proses pengamplasan
3 step (amplas kasar, amplas sedang dan amplas halus) dan pemolesan pada material yang akan
diuji.
Dilihat dari grafik diatas, Hasil pengujian kekerasan Hardness Vikers dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 85\15 pada spesimen
B,memiliki nilai kekerasan terbesar,yaitu sebesar 84,09 HVN.Sedangkan hasil terendah diperoleh spesimen A dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 90\10 sebesar 10,4
HVN. Sedangkan hasil sedang diperoleh spesimen C dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 80\20 sebesar
46,65 HVN.
Berdasarkan proses uji yang telah dilakukan, berikut merupakan data hasil pengujian:
Rumus yang digunakan:
Dimana: σ = Kekuatan
Bending (N/ )
P = Beban Tekan
atau Gaya (N)
L = Jarak dua titik tumpuan (mm)
W = Lebar spesimen
(mm)
T = Tebal
spesimen (mm)
Tabel 7.
Hasil Pengujian Bending Test
dengan perbandingan karbon terhadap
resin 90\10
Spesimen |
A1 |
A2 |
A3 |
Panjang (mm) |
125 |
125 |
125 |
Lebar (mm) |
12,7 |
12,7 |
12,7 |
Force (kgf) |
2,447 |
2,549 |
2,549 |
Force (N) |
48 |
50 |
50 |
Jarak dua titik tumpuan (mm) |
65 |
65 |
65 |
Kekuatan bending(N/) |
35,9867 |
37,4861 |
37,4861 |
Rata-Rata (N\) |
|
36,9863 |
|
Tabel 8. Hasil Pengujian Bending Test dengan
perbandingan karbon terhadap
resin 85\15
Spesimen |
B1 |
B2 |
B3 |
Panjang (mm) |
125 |
125 |
125 |
Lebar (mm) |
12,7 |
12,7 |
12,7 |
Force (kgf) |
2,957 |
2,855 |
3,059 |
Force (N) |
58 |
56 |
60 |
Jarak dua titik tumpuan (mm) |
65 |
65 |
65 |
Kekuatan bending
(N\mm) |
43,4839 |
41,9844 |
44,9833 |
Rata-Rata (N\) |
|
43,4838 |
|
Tabel 9. Hasil Pengujian Bending Test dengan
perbandingan karbon terhadap
resin 80\20
Spesimen |
C1 |
C2 |
C3 |
Panjang (mm) |
125 |
125 |
125 |
Lebar (mm) |
12,7 |
12,7 |
12,7 |
Force (kgf) |
2,855 |
2,957 |
2,753 |
Force (N) |
56 |
58 |
54 |
Jarak dua titik tumpuan (mm) |
65 |
65 |
65 |
Kekuatan bending
(N\mm) |
41,9844 |
43,4839 |
40,4850 |
Rata-Rata (N\) |
|
41,9844 |
|
Gambar
8. Grafik Pengujian Bending
Test
Pembahasaan dan Analisa
Uji bending atau pengujian lentur pada material Serat karbon, ASTM D790, merupakan metode untuk menguji kekuatan
dan perilaku material Serat
karboon Ketika diberikan beban. Proses uji ini melibatkan pemberian beban pada sampel serat karbon dan pengamatan terhadap respons material terhadap beban tersebut. Dalam metode pengujian
bending, sampel Serat karbon, ditempatkan diatas dua titik peopang dan diberikan beban pada titik tengahnya. Beban ini dapat diterapkan secara perlahan hingga sampel mengalami
deformasi atau patah. Selama uji, berbagai parameter seperti tegangan dan regangan pada konsep kelenturan dapat diukur dalam
pengujian bending. Uji bending pada material serat karbon ini
memberikan keterangan mengenai sifat mekanik dan kinerja material dalam aplikasi yang melibatkan beban lentur. Disamping itu, pengujian ini sebenarnya dapat digunakan sebagai pemilihan material yang sesuai dan perancangan struktur yang membutuhkan kekuatan lentur yang sesuai.
Dilihat dari grafik diatas, Hasil pengujian Bending dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 85\15 memiliki nilai kekuatan bending terbesar ,
yaitu sebesar 43,4838
N/mm2. Sedangkan hasil terendah diperoleh dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 90\10,
36,9863 N/mm2. Sedangkan hasil
sedang diperoleh spesimen C dengan proses perbandingan karbon terhadap resin 80\20 sebesar
41,9844 N/mm2.
Agarwal, B. D., Broutman,
L. J., & Chandrashekhara, K. (2017). Analysis
and performance of fiber composites. John Wiley & Sons.
Alhaffis, F. (2017). Implementasi
Serat Karbon/Epoksi Untuk Drive Shaft Pada Kendaraan
Penggerak Roda Belakang. Diss.
Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Azizah, Y. N., Jandhana,
I. B. P., & Deksino, G. R. (2024). Studi Efektivitas Karakteristik Serat Alami Kenaf
(Hibiscus Cannabinus) sebagai Pengganti
Serat Sintesis Kevlar untuk Bahan Komposit Anti Peluru: Jurnal Review. J-Proteksion: Jurnal Kajian Ilmiah Dan Teknologi Teknik Mesin, 9(1), 37–45.
Callister Jr, W. D., & Rethwisch, D. G. (2020). Materials science and
engineering: an introduction. John wiley &
sons.
Hasyim, U. H., Yansah,
N. A., & Nuris, M. F. (2018). Modifikasi Sifat Kimia Serbuk Tempurung Kelapa (Stk) Sebagai Matriks Komposit Serat Alam Dengan Perbandingan Alkalisasi Naoh Dan Koh. E -
Journal UMJ, 015(3).
Kaw, A. K. (2005). Mechanics of
composite materials. CRC press.
Marpaung, M. P., Ahwizar,
A., & Wulandari, W. (2017). Kajian Tentang Kain Poliester Antibakteri Dan Antikotor. Prosiding Seminar Nasional Kimia UNY 2017, 21(4).
Maryanti, B., Sonief, A.
A., & Wahyudi, S. (2011). Pengaruh Alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan Tarik. Rekayasa Mesin, 2(2).
Mayer, R. M., & Hancox, N. (2012). Design
data for reinforced plastics: a guide for engineers and designers.
Springer Science & Business Media.
Ophelia, N., Jandhana,
I. B. P., & Deksino, G. R. (2024). Eksplorasi Penggunaan Bahan
Material Komposit dari Serat Alam pada Drone: Jurnal
Review. J-Proteksion: Jurnal
Kajian Ilmiah Dan Teknologi
Teknik Mesin, 9(1), 46–55.
Setiawan, A., Nilasari,
A. R., & Ari, D. (2016). Analisis Sifat Mekanik Komposit Al 2075
Reinforcement Dengan Electroless Abu Dasar Batubara.
Journal of Research and Technology, 2(2).
Sugiyono. (2017). Metode
penelitian bisnis: pendekatan kuantitatif, kualitatif, kombinasi, dan
R&D. Penerbit CV. Alfabeta:
Bandung, 225(87), 48–61.
Sulaeman, M., Budiman, H., & Koswara, E. (2019). Proses Uji Dimensi,
Uji Kekerasan dengan Metode Rockwell dan Uji Komposisi
Kimia pada Cangkul di Balai Besar
Logam dan Mesin (BBLM)
Bandung. Prosiding Industrial Research
Workshop and National Seminar, 10(1), 539–543.
Sulardjaka, S., Nugroho, S., & Ismail, R.
(2020). Peningkatan Kekuatan
Sifat Mekanis Komposit Serat Alam menggunakan Serat Enceng Gondok
(Tinjauan Pustaka). Teknik, 41(1),
27–39.
Widyaningrum, A., & Syamwil,
R. (2022). Analisis Kualitas
Suminagashi pada Kain Poliester
Satin, Campuran Poliester,
dan Crepe. TEKNOBUGA: Jurnal Teknologi
Busana Dan Boga, 10(1).
https://doi.org/10.15294/teknobuga.v10i1.26346
Copyright holder: Achmad Aldian, Erwin Siahaan, Harto Tanujaya (2024) |
First publication right: Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia |
This article is licensed under: |