PENGARUH VARIASI FRAKSI BERAT SERAT DAN SIKLUS TERMAL TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT SERAT KARBON DENGAN MATRIKS RESIN EPOXY

EFFECT OF VARIATION OF FIBER WEIGHT FRACTION AND THERMAL CYCLE ON THE TENSILE STRENGTH OF CARBON FIBER COMPOSITES WITH EPOXY RESIN MATRIX

Tim mobil hemat energi Universitas Negeri Surabaya (Unesa) yang bergerak di bidang otomotif bernama Garuda Unesa (Garnesa) merancang sebuah mobil hemat energi. Garnesa menggunakan serat karbon yan memiliki massa relatif lebih ringan daripada fiberglass. Namun pada bodi kendaraan tim Garnesa yang menggunakan material serat karbon terdapat permasalahan yaitu retakan pada bagian penumpu tengah roll bar. Terdapat pembebanan termal pada bodi kendaraan mobil Garnesa karena terdapat panas internal dari engine kendaraan yang mengalami defleksi sehingga terjadi perubahan bentuk permanen atau deformasi plastis.

Penelitian ini menggunakan metode pendekatan kuantitatif yaitu dengan metode penelitian eksperimen, adapun untuk pengambilan data dilakukan dengan metode gabungan antara kuantitatif deskriptif dan kualitatif deskriptif. Kemudian menggunakan teknik analisis data statistik untuk mengetahui pengaruh dari data tersebut. Variasi yang digunakan fraksi berat serat (10 wt%, 20 wt%, dan 30 wt%) dan siklus termal (0x dan 10x) dengan selang waktu penahan selama 10 menit pada temperatur minimal (0^oC) dan temperatur maksimal (+100^oC). Dalam pembuatan spesimen menggunakan material komposit serat karbon dan matriks resin epoxy. Standart uji tarik yang digunakan yaitu ASTM D 3039.

Berdasarkan dari hasil penelitian dan hasil analisis data dapat disimpulkan bahwa hasil terbesar terdapat pada variasi siklus termal tanpa pengulangan dengan masing-masing fraksi berat serat 30 wt% memiliki nilai kuat tarik sebesar  456,44 MPa, fraksi berat serat 20 wt% memiliki nilai kuat tarik sebesar 374,48 MPa, fraksi berat serat 10 wt% memiliki nilai kuat tarik sebesar 348,03 MPa. Pada siklus termal pengulangan (10X) dengan masing-masing fraksi berat serat 30 wt% memiliki nilai kuat tarik sebesar  432,33 MPa, fraksi berat serat 20 wt% memiliki nilai kuat tarik sebesar 358,87 MPa, fraksi berat serat 10 wt% memiliki nilai kuat tarik sebesar 336,98 MPa. Siklus termal pengulangan (10X) terjadi thermal fatigue dan resin melunak melebihi transition glass (tg) resin epoxy. Spesimen dengan variasi siklus termal tanpa pengulangan memiliki nilai uji tarik yang lebih tinggi dibandingkan dengan siklus termal dengan pengulangan (10X).

Kata kunci: Fraksi Berat Serat, Siklus Termal, Serat Karbon, Uji Tarik

An energy-efficient vehicle was created by the Garuda Unesa (Garnesa) team from State University of Surabaya (Unesa), which works in the team automotive. Carbon fiber, which has a mass that is generally lighter than fiberglass, is used by Garnesa. The vehicle body of the Garnesa team, which is made of carbon fiber, has an issue, specifically a crack in the middle roll bar. A vehicle that encounters deflection results in a permanent change in shape or plastic deformation, creating a thermal burden on the body. This is because the engine generates internal heat.

The experimental research method was used in this study, which took a quantitative approach, and a combination of descriptive quantitative and qualitative descriptive approaches were used for data collecting. Then, to ascertain the impact of the data, employ statistical data analysis tools. The variation used fiber weight fractions of (10 wt%, 20 wt%, and 30 wt%) and thermal cycles (without thermal cycles and 10X), with a holding period of 10 minutes at both the minimum temperature (0^oC) and the maximum temperature (+100 ^oC). When creating specimens, a composite material made of epoxy resin and carbon fiber is used. The tensile test standard in use is ASTM D 3039.

Based on the findings of the study and the analysis of the data, it can be said that variations of the thermal cycle without repetition produce the best results, with each weight fraction of 30 weight percent fiber having a tensile strength value of 456.44 MPa, 20 weight percent fiber having a tensile strength value of 374.48 MPa, and 10 weight percent fiber having a tensile strength value of 348.03 MPa. Repeated heat cycles (10X) for each 30 fiber weight fraction have a tensile strength value of 432.33 MPa, 358.87 MPa for 20 wt% fiber weight fraction, and 336.98 MPa for 10 wt% fiber weight fraction. Thermal fatigue develops after a repeated thermal cycle (10X) and causes the epoxy resin to weaken past the transition glass (tg). The tensile test value for samples with variations in the thermal cycle without repetition (0X) is higher than the value for samples with variations in the thermal cycle with repetition (10X).

Keywords: Fiber Weight Fraction, Thermal Cycle, Carbon Fiber, Tensile Test