## ANALISA PENGARUH VARIASI KOMPOSISI TERHADAP KEKUATAN TARIK STATIK DAN IMPAK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT ROCKWOOL PADA PESAWAT TANPA AWAK
Fauzi K. P. 1 , Ikhwansyah Isranuri 2 , M. Sabri 3 , Marragi M 4 , Tugiman 5 , Mahadi 6 , Bustami Syam 7 1,2,3,4,5,6,7 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara E-mail : ozz_onn@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Penggunaan komposit ringan sangat penting dalam meningkatkan kemampuan terbang Pesawat Tanpa Awak ( Unmanned Aerial Vehicle = UAV) di udara. Salah satu keuntungan komposit diperkuat serat adalah  komposit  lebih  ringan  daripada  logam  dan  relatif  kuat.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk memperoleh  komposisi  yang  memiliki  sifat  mekanis  terbaik  dari  bahan  komposit  berpenguat  serat rockwool untuk  aplikasi  pembuatan  pesawat  tanpa  awak.  Material  dibuat  dengan  bahan  dasar  resin polyester BQTN 157 EX, serat rockwool sebagai penguat, dan katalis MEKP. Kajian hanya dilakukan dengan  variasi  komposisi rockwool -polyester  (4-96)%,  (8-92)%,  (12-88)%.  Pembuatan  komposit dilakukan dengan metode hand lay-up . Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik statik dan uji impak charpy. Dari pengujian tarik statik yang dilakukan, didapatkan bahwa semakin banyak kadar rockwool pada komposit, maka kekuatan tarik juga akan meningkat. Kekuatan tarik maksimum terbesar dimiliki komposisi  12% rockwool yaitu  sebesar  31,169 MPa,  dengan  regangan  sebesar 1,56  %  dan modulus elastisitas  sebesar  3133,424  MPa.  Dari  pengujian  impak,  didapatkan  nilai  kekuatan  impak  terbesar dimiliki komposisi 4% rockwool yaitu sebesar 0,003733 J/mm 2 , sementara komposisi 12% rockwool memiliki  kekuatan  impak  sebesar  0,002489  J/mm 2 ,  dan  komposisi  8% rockwool memiliki  kekuatan impak terendah yaitu 0.002267  J/m 2 . Dan didapat komposisi rockwool -polyester (12-88)% memiliki sifat mekanis terbaik diantara tiga komposisi yang diteliti untuk pesawat tanpa awak.
Kata kunci: Komposit, Resin Polyester, Rockwool, Uji Tarik Statik, Uji Impak Charpy.

## 1. PENDAHULUAN
Pesawat  Tanpa  Awak  atau Unmanned Aerial Vehicle (UAV),  adalah  sebuah  mesin  terbang yang  berfungsi  dengan  kendali  jarak  jauh  oleh pilot atau  mampu  mengendalikan  dirinya  sendiri, menggunakan  hukum  aerodinamika  untuk  mengangkat  dirinya,  bisa  digunakan kembali  dan mampu membawa  muatan  baik  senjata,  kamera,  maupun  muatan  lainnya.  Pesawat  tanpa  awak  memliki bentuk, ukuran, konfigurasi dan karakter yang bervariasi.
Penggunaan komposit ringan sangat penting dalam meningkatkan kemampuan terbang UAV di  udara.  Untuk  alasan  bobot,  aluminium  adalah  satu-satunya  logam  yang  digunakan  dalam  UAV. Komposit telah digunakan dalam komponen beban sederhana, yang terdiri dari sekitar 20% dari bobot pesawat. Untuk  pengurangan  bobot  lebih  lanjut,  komposit  harus  digunakan  dalam  komponen  beban yang lebih tinggi seperti ekor, sayap dan badan pesawat.
Dengan adanya pengembangan UAV, maka pengembangan dari sisi material ringan dan kuat untuk  fuselage  dan  sayap  pesawat  itu  sendiri  merupakan  sebuah  kajian  teoritis  yang  selayaknya mendapatkan  perhatian  dari  para  peneliti,  sehingga  diharapkan  Pesawat  UAV  generasi  selanjutnya memiliki  unjuk  kerja  yang  lebih  baik  karena  menggunakan  material  yang  ringan  dan  kuat.  Bahan komposit yang akan diteliti adalah campuran rockwool dengan resin polyester .
Penelitian ini dilakukan untuk mencari sifat mekanis yang berupa kekuatan tarik dan kekuatan impak  dari  bahan  komposit  tersebut.  Melalui  penelitian  ini  diharapkan  didapatkan  suatu  bahan komposit yang ringan dan memiliki sifat mekanik (mechanical properties) yang baik.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposit
Bahan  komposit  merupakan  bahan  gabungan  secara  makro,  maka  bahan  komposit  dapat didefinisikan  sebagai  suatu  sistem  material  yang  tersusun  dari  campuran  atau  kombinasi  dua  atau lebih unsur-unsur utamanya yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan komposisi material pada dasarnya tidak dapat dipisahkan [1]. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai  sifat  mekanik  dan  karakteristik  yang  berbeda  dari  material  pembentuknya.  Material komposit  mempunyai  sifat  dari  material  konvensional  pada  umumnya  dari  proses  pembuatannya melalui  percampuran  yang  tidak  homogen,  sehingga  kita  leluasa  merencanakan  kekuatan  material komposit  yang  kita  inginkan  dengan  jalan  mengatur  komposisi  dari  material  pembentuknya. Komponen utama dari komposit adalah penguat dan matriks. Salah satu bagian utama dari komposit adalah  penguat  yang  berfungsi  sebagai  penanggung  beban  utama  pada  komposit.  Berdasarkan penguatnya,  komposit  dibagi  menjadi  komposit  berpenguat  partikel,  komposit  berpenguat  serat,  dan komposit struktural. Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar  (dominan).  Matriks  mempunyai  fungsi  untuk  mentransfer  tegangan  ke  serat,  membentuk ikatan koheren permukaan matrik dan serat, melindungi serat, memisahkan serat, melepas ikatan, dan tetap stabil setelah proses manufaktur. Berdasarkan matriks nya, komposit debagi menjadi komposit matrik polimer, komposit matrik keramik, dan komposit matrik logam

## 2.2. Rockwool
Di alam, rockwool terbentuk ketika lava dilemparkan ke udara dan mengeras kembali sebagai serat. Rockwool dibuat  dengan  melelehkan  bahan  baku  pada  suhu  1.500  º  C.  Lelehan  batu  yang dihasikan dipintal menjadi serat. Binder dan minyak mineral kemudian ditambahkan untuk membuat materi stabil dan tahan air. Rockwool kemudian dipanaskan sampai 200-250 º C untuk mengeringkan pengikat  [2].  Bahan  baku utama rockwool adalah  basalt,  dolomite,  dan  cemented  briquettes.  Produk rockwool diperlihatkan pada gambar 1.
Gambar 1. Rockwool Sumber: Roxul Inc, Technical Product information (RockTech S Series). 2012 Rockwool yang digunakan memiliki karakteristik seperti pada tabel 1.
Tabel 1 Karakteristik rockwool Keterangan Satuan Nilai Densitas kg/m 2 60 Hot surface performance ˚C 350 Thermal conductivity (200˚C) W/mK 0.060 Linear shrinkage ( maximum temperature ) % 0
Sumber: Roxul Inc, Technical Product information (RockTech S Series). 2012

## 2.3. Resin Polyester
Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer termoset yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya [3]. Spesifikasi resin polyester dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Spesifikasi resin polyester tak jenuh
Sumber: PT. Justus Kimia Raya,  2007. Resin polyester diperlihatkan pada gambar 2.

## Gambar 2. Resin Polyester

## 2.4. Katalis MEKP
Katalis  merupakan  material  kimia  yang  digunakan  untuk  mempercepat  reaksi  polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir. Tanpa pemberian katalis, material komposit  tidak  akan  mengeras  dan  membentuk  gumpalan-gumpalan  gelembung.  Komposisi  katalis yang  digunakan  adalah  tiap  15,15  gram  resin  diberi  5  tetes  pipet  tetes  katalis    [4].  Katalis diperlihatkan pada gambar 3.
Sifat Mekanik Satuan Besaran Massa jenis kg/m 3 1200 s/d 1500 Modulus Elastisitas GPa 2 s/d 4.5 Kekuatan Tarik MPa 40-90 Elongasi % 1,6

## Gambar 3. Resin Polyester

## 2.5. Uji Tarik
Uji  tarik  adalah  salah  satu  uji  stress-strain  mekanik  yang  bertujuan  mengetahui  kekuatan bahan  terhadap  gaya  tarik.  Dengan  melakukan  uji  tarik  kita  mengetahui  bagaimana  bahan  tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material bertambah panjang. Tegangan teknis atau tegangan konvensional pada beban maksimum disebut kekuatan tarik [tensile strength (TS atau S u )] atau sering disebut juga kekuatan tarik batas [ultimate tensile strength (UTS)] [5]. Spesimen mengunakan standar ASTM D 638 [6].
a. Tegangan (σ) :
σ=  ...............................................(1)
dimana: F  = gaya (Newton) A  = luas penampang awal (mm 2 ) σ = Tegangan (Nmm -2 ).
b. Regangan ( ε ):
Adapun rumus regangan adalah: ..................................(2)
dimana: ε = Regangan l 0 = Panjang spesimen mula-mula (mm) Δl = Pertambahan panjang (mm) l t = Panjang spesimen setelah mengalami uji tarik (mm)
c. Modulus Elastisitas
Hubungan antara stress dan strain dirumuskan sebagai berikut:
E = ..............................................(3)
dimana:
E = Modulus elastisitas (Nmm -2 ) σ = Tegangan (Nmm -2 ) ε   = Reganga 2.6. Uji Impak
Pengujian  impak adalah  sebuah metode  untuk mengevaluasi  ketangguhan relatif  dari  bahan- bahan  teknik.  Pada  pengujian  impak,  spesimen  mendapatkan  beban  kejut  hingga  patah.  Spesimen menggunakan standar ISO 179 [7].
a. Energi aktual
E a = E’ – f .....................................(4)
dimana: E a = Energi aktual yang dibutuhkan (J) f = Kerugian energi pada alat (J) E’  = Energi yang didapat dari hasil pengujian (J)
Nilai kerugian energi pada alat uji impak yang digunakan adalah 0,2 J [8].
b. Energi serap impak.
......................................................(5)
dimana:
EI   = Energi serap impak (J/mm 2 ) A    = Luas penampang (mm 2 ).

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1 Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian antara lain:
a. Rockwool
b. Resin Polyester tak jenuh
c. Katalis MEKP
d. Wax

## 3.2 Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian antara lain:
a. Jangka Sorong
b. Timbangan digital
c. Cawan Tuang
d. Kaca
e. Sendok Plastik
f. Cetakan
g. Alat Uji Tarik
h. Alat Uji Impak

## 3.3 Pembuatan Spesimen
Metode  yang  dilakukan  dalam  proses  pembuatan  spesimen  adalah  hand  lay-up.  Adapun proses pembuatan spesimen dari komposit ini adalah:
1. Mempersiapkan semua alat dan bahan.
2. Menimbang semua bahan menurut takarannya masing-masing, yaitu 4% rockwool dan 96 % resin polyester untuk komposisi satu, 8% rockwool dan 92% resin polyester untuk komposisi dua, 12%
rockwool dan 88% resin polyester untuk komposisi tiga. Adapun komposisi antara resin dengan katalis dengan perbandingan 15,15 gram resin ditambahkan katalis sebanyak 5 tetes pipet tetes.
3. Mengoleskan permukaan cetakan dengan wax .
4. Meletakkan cetakan di atas permukaan yang rata, yaitu kaca.
5. Mencampurkan rockwool dan  resin polyester sesuai dengan takaran komposisi dan  aduk hingga tercampur rata selama 3 menit untuk komposisi satu, 5 menit untuk komposisi dua, dan 7 menit untuk komposisi tiga.
6. Menambahkan  katalis  pada  campuran  sesuai  komposisi  yang  ditentukan  dan  aduk  kembali  1 menit.
7. Menuangkan campuran ke dalam cetakan dan ratakan permukaan campuran pada cetakan.
8. Menjepit  cetakan  dengan  kaca  menggunakan  ragum  tangan  untuk  memberikan  tekanan  pada cetakan.
9. Selanjutnya  membiarkan  campuran  tersebut  pada  tekanan  atmosfir  dan  suhu  kamar  selama  24 jam.
10. Spesimen  yang  sudah  kering  dilepas  dari  cetakan.  Bentuk  spesimen  uji  tarik  dan  impak diperlihatkan pada gambar 4.
(a) (b)
Gambar 4. Spesimen Uji,
(a) Bentuk Spesimen Uji Tarik, dan (b) Spesimen Uji Impak.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Hasil Pengujian Tarik
Berikut  adalah  hasil  pengujian  tarik  pada  tiga  komposisi  yang  berbeda  dari  komposit rockwool-polyester .
a. Tegangan tarik maksimum
Nilai tegangan tarik maksimum untuk masing-masing spesimen diperlihatkan pada tabel 3.
Tabel 3. Nilai tegangan tarik maksimum rata-rata
Grafik nilai tegangan tarik maksimum dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Grafik nilai tegangan tarik maksimum rata-rata
Gambar  5  memperlihatkan  bahwa  semakin  besar  kadar  serat rockwool di  dalam  komposit, maka  kekuatan  tarik  maksimum  komposit  akan  semakin  besar.  Nilai  kekuatan  tarik  maksimum tertinggi dimiliki oleh komposisi 12% rockwool - 88% polyester , sebesar 31.169 MPa.
b. Regangan maksimum
Nilai regangan maksimum untuk masing-masing spesimen diperlihatkan pada tabel 4.
Tabel 4. Nilai regangan maksimum rata-rata
Grafik nilai regangan maksimum masing-masing spesimen dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Grafik nilai regangan maksimum rata-rata
Gambar  6  memperlihatkan  bahwa  semakin  besar  penambahan  serat rockwool di  dalam komposit,  maka  regangan  maksimum  yang  terjadi  akan  semakin  kecil.  Nilai  regangan  maksimum dimiliki oleh komposisi 4% rockwool - 96% polyester sebesar 1.804 %.
c. Modulus elastisitas Nilai modulus elastisitas untuk masing-masing spesimen diperlihatkan pada tabel 5.
Tabel 5. Nilai modulus elastisitas rata-rata
Grafik nilai modulus elastisitas dapat dilihat pada gambar 7.
.
Gambar 7. Grafik nilai modulus elastisitas rata-rata

## 4.2 Hasil Pengujian Impak
Berikut adalah hasil dari pengujian impak yang dilakukan Hasil pengujian impak dapat dilihat pada tabel 6.
Tabel 6. Hasil pengujian impak
a. Energi aktual
Dari  hasil  pengujian  impak  didapatkan  nilai f (kerugian  energi  pada  alat).  Nilai f didapat dengan  cara  mengayunkan  pendulum  tanpa  spesimen.  Dari  pengujian  tersebut  didapat  nilai  sebesar 0,02 Joule sebagai nilai f .
Nilai energi aktual dapat dilihat pada tabel 7 berikut.
Tabel 7. Nilai Enegi Aktual
Grafik nilai energi aktual rata-rata dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Grafik nilai energi aktual rata-rata
b. Energi serap impak
Nilai energi serap impak dapat dilihat pada tabel 8 berikut.
Tabel 8. Nilai Enegi Serap Impak
Grafik nilai energi serap impak rata-rata dapat dilihat pada gambar 9.
Gambar 9. Grafik nilai energi impak rata-rata vs komposisi rockwool – polyester (%)
Gambar 9 memperlihatkan bahwa semakin banyak kadar rockwool , maka kekuatan impak cenderung menurun.  Namun  pada  komposit  dengan  kadar rockwool 12%,  terjadi  peningkatan  kekuatan  impak, yaitu  sebesar  0.002489  J/mm 2 . Kekuatan  impak  maksimum  dimiliki  oleh  komposit  dengan  kadar rockwool 4% .

## 4.3 Massa jenis
Nilai massa jenis masing-masing komposisi diperlihatkan pada tabel 10.
Tabel 9. Nilai Massa Jenis
Grafik massa jenis dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 10 Grafik nilai massa jenis (kg/m 3 ) vs komposisi rockwool-polyester
Dari grafik di atas, semakin banyak kadar rockwool yang di tambahkan, semakin besar massa jenis dari komposit tersebut.

## 5. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:
1. Semakin  banyak  persentase rockwool ,  maka  kekuatan  tarik  komposit polyester diperkuat  serat rockwool akan  semakin  besar  Dengan  kekuatan  tarik  maksimum  dimiliki  komposit  dengan komposisi 12% serat rockwool , yaitu sebesar 31,169 MPa. Dan kekuatan tarik minimum dimiliki komposit dengan komposisi 4% serat rockwool , yaitu sebesar 20.38936 MPa.
2. Komposisi serat rockwool dan resin polyester mempengaruhi kekuatan impak komposit dengan kekuatan  impak  maksimum  dimiliki  komposit  dengan  komposisi  4%  serat rockwool ,  yaitu sebesar  0.003733  J/mm 2 .  Komposisi  12%  serat rockwool memiliki  kekuatan  impak  sebesar 0.002489  J/mm 2 . Dan  kekuatan impak  minimum  dimiliki  komposit  dengan  komposisi  8%  serat rockwool , yaitu sebesar 0.002267 J/mm 2 .
3. Nilai massa jenis maksimum dimiliki oleh komposit dengan komposisi 12% serat rockwool , yaitu sebesar 1461,14 kg/m 3 , dan nilai massa jenis minimum dimiliki oleh komposit dengan komposisi 4% serat rockwool , yaitu sebesar 1244,2 kg/m 3 .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Schwartz, M.M.  1984. Composite Material Handbook . US: Mc. Graw Hill Book Company.
[2] http://rockwoolasia.com
[3] Chaula, K.K. 1987. Composite materials , First Ed. Berlin: Springer-Verlag New York Inc.
[4] Michael.  2013. Daya  Serap  Air  Dan  Kandungan  Serat  (Fiber  Content)  Komposit  Poliester Tidak  Jenuh  (Unsaturated  Polyester)  Berpengisi  Serat  Tandan  Kosong  Sawit  Dan  Selulosa, Skripsi. Departemen Teknik Kimia FT-USU.
[5] A.Schey, John. 2009. Proses Manufaktur . Edisi ketiga. Yogyakarta: Penerbit Andi.
[6] ASTM D638, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics , 2001
[7] Brown,  Roger.  2002. Handbook  of  Polymer  Testing .  United  Kingdom:  Rapra  Technology Limited.
[8] Ningsih,  Maulida.  2012. Analisa  Kekuatan  Material  Expanded  Polyolefin  (Epo)  Foam  Pada Pesawat Aeromodelling Melalui Uji Tarik Dan Impak . Skripsi. Departemen Teknik Mesin FT- USU.