PENGARUH KANDUNGAN LEM KANJI TERHADAP SIFAT TARIK DAN DENSITAS KOMPOSIT KORAN BEKAS

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH KANDUNGAN LEM KANJI TERHADAP SIFAT TARIK DAN DENSITAS KOMPOSIT KORAN BEKAS

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

DANANG SUTO HAPSORO I 0403021

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010 commit to user

iii


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PENGESAHAN

PENGARUH KANDUNGAN LEM KANJI TERHADAP SIFAT TARIK DAN DENSITAS KOMPOSIT KORAN BEKAS

Disusun oleh:

Danang Suto Hapsoro NIM. I 0403021

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Santoso, Ir. M.Eng.Sc NIP. 19450824 198012 1 001

Kuncoro Diharjo, ST.,MT.,Dr. NIP. 19710103 199702 1 001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Jumat, tanggal 30 Juli 2010: 1. Wijang Wisnu Raharjo, Ir.,MT. NIP. 19681004 199903 1 002

:…………………………………..

2. Dody Ariawan, ST.,MT. NIP. 19730804 199903 1 003

:…………………………………..

3. Muh. Nizam, ST.,MT.,Dr. NIP. 19700720 199903 1 001

:…………………………………..

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Dody Ariawan, ST.,MT. NIP. 19730804 199903 1 003

Koordinator Tugas Akhir

Wahyu Purwo Raharjo, ST.,MT commit to user NIP. 19720229 200012 1 001

iv


digilib.uns.ac.id

MOTTO

“Memberi untuk menerima lebih banyak” (Harvey dan Azim)

“muda foya-foya, tua kaya raya, mati masuk surga” (Penulis) “Memberi lebih baik daripada menerima” (Rahman Kilikili)

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan untuk : 

Bapak dan ibu



Segenap sanak saudara



GEMAPALA



Kawan-kawan semua



Indonesia

commit to user

v


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan lancar. Sholawat serta salam bagi Nabi Muhammad SAW sebagai sosok teladan yang patut dan harus kita ikuti semua tindak-tanduk beliau. Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam menyelesaikan skripsi ini, yaitu kepada: 1. Bapak Santoso, Ir.,M.Eng.Sc. selaku dosen pembimbing I. 2. Bapak Kuncoro Diharjo, ST.,MT.,Dr. selaku dosen pembimbing II. 3. Bapak Dody Ariawan, ST. MT. selaku ketua jurusan Teknik Mesin sekaligus pembimbing akademis. 4. Bapak-bapak dosen tim penguji. 5. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. 6. Muhamad Rafi dan Ridwan Afandi selaku kawan seperjuangan. 7. Asisten dan semua kawan-kawan di Lab. Material. 8. Seluruh kawan-kawan angkatan 2003. 9. Seluruh pihak yang telah membantu baik pikiran, tenaga, maupun materiil. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu masukan dan saran yang berfsifat membangun penulis terima dengan lapang dada. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Surakarta, Juli 2010

commit to user

vi

Danang Suto Hapsoro


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI Hal HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN ABSTRAK ........................................................................................................ KATA PENGANTAR ...................................................................................... DAFTAR ISI ..................................................................................................... DAFTAR TABEL ............................................................................................. DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ DAFTAR NOTASI ........................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1.1. Latar Belakang................................................................................... 1.2. Perumusan Masalah........................................................................... 1.3. Batasan Masalah ................................................................................ 1.4. Tujuan Penelitian............................................................................... 1.5. Manfaat Penelitian............................................................................. BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 2.1. Studi Penelitian Terdahulu ................................................................ 2.2. Dasar Teori ........................................................................................ 2.2.1. Komposit ......... .................................................................... 2.2.2. core ......... ............................................................................. 2.2.3. Serat ..................................................................................... 2.2.4. Matrik / Pengikat ......... ........................................................ 2.2.5. Kanji ......... ........................................................................... 2.2.6. Ikatan Antar Material ........................................................... 2.2.7. Sifat Tarik Komposit ......... .................................................. 2.2.8. Densitas Komposit ............................................................... BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 3.1. Bahan Penelitian ............................................................................... 3.2. Alat Penelitian .................................................................................. 3.3. Pelaksanaan Penelitian ..................................................................... 3.4. Uji Tarik ........................................................................................... 3.5. Uji Densitas ....................................................................................... 3.6. Tabel Proses Pembuatan Panel Komposit ........................................ 3.7. Alur Penelitian .................................................................................. BAB IV HASIL DAN ANALISA. .................................................................... 4.1. Pengujian Tarik Komposit ............................................................... 4.1.1. Kekuatan Tarik Komposit ....................................................... 4.1.2. Regangan Tarik Komposit ......... ............................................. 4.1.3. Modulus Tarik Komposit ........................................................ 4.1.4. Pengamatan Permukaan Patah Uji Tarik ......... ....................... 4.2. Densitas Komposit...................................... ...................................... BAB V KESIMPULAN..................................................................................... 5.1. Kesimpulan........................................................................................ 5.2. Saran .................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ commit to user LAMPIRAN.......................................................................................................

vii

iv vi vii viii ix x xi 1 1 2 3 3 3 4 4 5 5 6 6 7 8 8 9 11 12 12 12 13 13 14 14 15 16 16 16 17 18 19 21 23 23 23 24 26


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 3.1 Proses Pembuatan Panel Komposit …....................................... Tabel 4.1 Klasifikasi Komposit Panel

commit to user

viii

14 21


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Hal Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7

Debonding pada Fiber Reinforced Plastic (FRP)..................... Skema pengujian tarik material (ASTM D-1037)..................... Peralatan penelitian................................................................... Dimensi Spesimen Uji Tarik (ASTM D-1037)......................... Diagram alir penelitian.............................................................. Kurva hubungan kekuatan tarik komposit-kandungan kanji... Grafik Pembanding kekuatan tarik panel core koran bekas...... Kurva hubungan regangan tarik komposit-kandungan kanji... Kurva hubungan modulus tarik komposit-kandungan kanji ... Bentuk patahan uji tarik komposit koran bekas........................ Permukaan patah uji tarik komposit koran bekas..................... Kurva hubungan densitas komposit-kandungan kanji.............

commit to user

ix

9 10 12 13 15 16 17 17 18 19 20 21


digilib.uns.ac.id

DAFTAR NOTASI

P l w t A m L L c  E c

= Beban maksimum (N) = Panjang spesimen (mm) = Lebar spesimen (mm) = Tebal spesimen (mm) = luas penampang rata-rata komposit (mm2) = Massa komposit = Pertambahan panjang (mm) = Panjang daerah ukur (mm) = Kekuatan tarik komposit (MPa) = Regangan = Modulus elastisitas (MPa) = Densitas komposit (kg/m3)

commit to user

x


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Hal Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4

Data uji tarik komposit kertas koran bekas................................. Data uji densitas komposit kertas koran bekas........................... Data uji kadar air........................................................................ Grafik uji tarik komposit kertas koran bekas..............................

commit to user

xi

27 28 29 30


digilib.uns.ac.id

DANANG SUTO HAPSORO ILMU BAHAN

Pengaruh Kandungan Lem Kanji Terhadap Sifat Tarik dan Densitas Komposit Koran Bekas ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah meneliti pengaruh kandungan lem kanji terhadap densitas dan sifat tarik komposit koran bekas. Bahan utama penelitian adalah koran bekas dan lem kanji. Komposit dibuat dengan variasi kandungan lem kanji 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20% (w/w). Pengujian tarik komposit mengacu pada standar ASTM D-1037. Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine. Penampang patahan diamati menggunakan foto makro. Pengujian densitas juga mengacu pada standar ASTM D-1037. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik, regangan tarik, dan densitas komposit hingga kandungan lem kanji 20% naik seiring dengan semakin banyak penambahan lem kanji, namun nilai modulus tarik komposit turun. Komposit tanpa kandungan lem kanji mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar 0,57 MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,0009804 mm/mm, nilai modulus tarik sebesar 719,02 MPa, dan nilai densitas sebesar 0,6082 gram/cm 3 . Komposit dengan kandungan lem kanji 20% mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar 1,79 MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,0006863 mm/mm, nilai modulus tarik sebesar 2965,64 MPa, dan nilai densitas sebesar 0,6633 gram/cm 3 . Semakin banyak kandungan lem kanji maka ikatan antar materialnya juga semakin kuat.

Kata kunci : komposit, koran bekas, sifat tarik, densitas, foto makro.

commit to user

iv

1 digilib.uns.ac.id


BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG Dewasa ini perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat pesat. Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas, seperti untuk peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara), konstruksi dan dunia antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain: tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan), murah dan proses pembuatannya mudah (Gay, dkk, 2003). Dengan bertambahnya kebutuhan kayu tanpa diimbangi dengan daya dukung hutan yang memadai, maka dituntut untuk menemukan material pengganti kayu yang lebih ramah lingkungan. Dampak global warming semakin terasa sebagai akibat dari pemakaian teknologi secara berlebihan tanpa mempertimbangkan

pengaruhnya terhadap

lingkungan. Salah satu contoh adalah kualitas udara yang semakin menurun akibat pesatnya pertumbuhan industri dan otomotif. Keadaan semakin buruk dengan adanya penebangan pohon atau penggundulan hutan untuk mencukupi kebutuhan kayu yang semakin meningkat. Hal ini terbukti dengan kebutuhan kayu di Indonesia yang setiap tahunnya defisit 45 juta meter kubik (Priyono, 2003). Saat ini sudah cukup banyak penelitian tentang panel komposit sebagai material pengganti kayu, tetapi panel komposit ini masih banyak tergantung pada kayu itu sendiri sebagai material pengisi (filler). Pemanfaatan kertas koran bekas dengan pengikat tepung kanji merupakan solusi kreatif sebagai material komposit pengganti kayu. Semakin meningkatnya peredaran media masa dengan segala daya tariknya akan meningkatkan minat baca masyarakat. Salah satu media baca yang populer yaitu koran. Pada tahun 2006 terdapat 270 penerbit pers nasional dengan kebutuhan kertas sekitar 13.047.895 eksemplar per hari. Jawa pos memproduksi surat kabar sekitar 0,9 juta eksemplar per hari dengan jumlah kebutuhan 1.332,5 ton kertas per tahun (Irawan,2006). Oleh karena itu perlu suatu upaya untuk memanfaatkan koran bekas menjadi barang yang mempunyai nilai ekonomis lebih.

commit to user

2 digilib.uns.ac.id


Koran bekas dapat dihancurkan dengan air, kemudian dengan pengikat air atau zat pengikat lain dapat dijadikan panel komposit. Pemakaian koran bekas sebagai

bahan pengisi komposit memiliki banyak keunggulan. Koran bekas

mudah didapat dan harganya murah. Kertas koran merupakan jenis serat alam sehingga penggunaannya tentu ramah terhadap lingkungan dan tidak berbahaya. Material kertas koran mampu didaur ulang dan merupakan bahan organik yang dapat diuraikan oleh alam. Serat alam mempunyai beberapa keunggulan. Serat alam mampu meredam suara, isolasi temperatur, memiliki densitas rendah dan kemampuan mekanik tinggi sehingga dapat memenuhi kebutuhan industri (Felix, dkk.1991; Karnani, dkk. 1997 dan Raharjo, 2002). Meskipun dapat menggantikan peran serat buatan tetapi jika ditinjau dari segi kekuatan dan rekayasa serat alam masih tertinggal. Oleh karena itu komposit serat alam dapat diterapkan pada struktur yang tidak memerlukan kekuatan tinggi. Meskipun begitu komposit ini pasti tidak akan lepas dari beban tarik. Berdasarkan uraian di atas maka perlu diadakan penelitian untuk mendapatkan data sifat tarik dari panel komposit kertas koran. Dari penelitian ini akan diperoleh sifat tarik yang optimal pada variasi kandungan lem kanji. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat berguna secara aplikatif di lapangan.

1.2 PERUMUSAN MASALAH Permasalahan dalam penelitian ini adalah pentingnya pemanfaatan kertas koran bekas sebagai bahan komposit. Bahan tersebut digunakan karena lebih ramah lingkungan dan banyak tersedia. Jawa pos memproduksi surat kabar dengan jumlah kebutuhan 1.332,5 ton kertas per tahun. Dalam aplikasinya panel komposit tak pernah lepas dari proses pembebanan, baik berupa beban tarik, beban bending, maupun beban impak. Walaupun panel ini mengalami pembebanan yang relatif lebih rendah tapi kita perlu juga mengetahui berapa kekuatan dari panel untuk menahan setiap pembebanan. Dengan demikian, kajian optimasi sifat tarik bahan komposit kertas koran bekas dipandang penting untuk dilakukan. commit to user

3 digilib.uns.ac.id


1.3 BATASAN MASALAH Batasan masalah dalam penelitian ini adalah: 1. Selama proses pencampuran distribusi kertas koran, air dan kanji yang digunakan dalam pembuatan panel ini dianggap homogen. 2. Distribusi gaya-gaya tekan yang mengenai permukaan bidang tekan diasumsikan sama atau merata.

1.4 TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Menyelidiki pengaruh kandungan kanji terhadap sifat tarik panel komposit kertas koran bekas. 2. Menyelidiki penampang patahan komposit kertas koran bekas. 3. Menyelidiki densitas panel komposit kertas koran bekas.

1.5 MANFAAT PENELITIAN Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Memberikan pengetahuan tentang bahan komposit kertas koran bekas. 2. Memberikan informasi tentang sifat tarik bahan komposit kertas koran bekas.

commit to user

4 digilib.uns.ac.id


BAB II DASAR TEORI

2.1 STUDI PENELITIAN TERDAHULU Krzysik dan Youngest (1991) menyatakan bahwa komposit dapat dibuat dari berbagai macam serat pertanian, sampah kertas dan sampah plastik. Komposit memiliki jangkauan yang luas sifatnya dan dapat digunakan pada berbagai macam kebutuhan dan produk unggulan, contohnya produk unggulan sebagai panel interior, pelapis tembok, penyekat, pintu, lantai, kontruksi dan material kotak pengemas, karton serta palet. Teknologi material komposit dengan menggunakan serat alam sebagai penguat telah banyak dikembangan untuk dapat menggantikan serat sintetis. Hal ini disebabkan karena serat alam mempunyai berbagai keunggulan, diantaranya; harga murah, mampu meredam suara, ramah lingkungan, mempunyai densitas rendah, dan kemampuan mekanik yang tinggi. Komposit serat alam banyak digunakan sebagai interior mobil, peredam akustik, dan panel pintu. Penggunaan serat alam dapat mengurangi berat sampai 80 % (Schuh, 1999). Muehl dkk (2004) menyimpulkan bahwa panel komposit yang terbuat dari sampah kertas memiliki sifat mekanik yang rendah ketika dipadukan dengan phenollic resin 5% dan 10% polypropylene dibandingkan dengan panel komposit dari serat kenaf. Meskipun demikian, panel komposit dari sampah kertas lebih tahan terhadap kelembaban daripada panel komposit dari kenaf. Penggunaan polypropylene dapat menurunkan sifat mekanik panel komposit. Suatu studi awal dari sifat mekanis (kekuatan-tarik, dan kekuatan tekan) tentang komposit polyurethane dengan inti bubuk kulit kacang tanah, bahwa kekuatan-tarik meningkat secara garis besar dengan bertambahnya kandungan inti bubuk kulit kacang tanah. Efek ini disebabkan oleh sedikitnya interaksi interfacial antara serat dan matriks (Malachy dkk, 2006). kanji merupakan produk olahan berupa tepung yang diperoleh dari ubi ketela pohon. Kanji dikenal juga sebagai aci atau tapioka. Kanji merupakan salah satu bahan yang tersedia di alam secara melimpah, dapat diperbaharui dan merupakan sumber yang tak terbatas. Kanjicommit dapat digunakan untuk menghasilkan berbagi to user

5 digilib.uns.ac.id


macam produk, seperti makanan, bahan perekat kertas / lem , konveksi dan farmasi. Kanji yang sudah dijadikan lem akan berubah dalam bentuk gel. Gel adalah koloid yang setengah kaku (antara padat dan cair). Penggunaan kanji sendiri mempunyai beberapa karaketristik yang baik antara lain; viskositas rekat tinggi, kejernihan tinggi, dan stabilitas pembekuan tinggi (Aris, 2007). Arofah (2008) meneliti karakteristik pada core sampah kota. Nilai densitas, kekuatan tarik, kekuatan desak, dan kekuatan geser komposit naik seiring dengan bertambahnya tekanan pengepresan komposit. Pada pengamatan foto SEM menunjukkan bahwa semakin meningkat tekanan pengepresan maka ikatan antar materialnya juga semakin meningkat.

2.2 DASAR TEORI 2.2.1

Komposit Komposit dapat didefinisikan gabungan dua bahan atau lebih yang berbeda

dalam bentuk atau komposisi bahan yang masing-masing tidak larut satu sama lain

(Schwartz, 1984). Komposit merupakan gabungan bahan secara makro,

sehingga bisa dibedakan secara visual. Penggabungan bahan dilakukan secara fisis dan mekanis, serta dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis pula. Penggabungan material yang berbeda bertujuan untuk menemukan material baru yang mempunyai sifat antara (intermediate) material penyusunnya yang tidak akan diperoleh jika material penyusunnya berdiri sendiri. Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan saling memperbaiki kelemahan dan kekurangan material penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaiki : kekuatan, kekakuan, ketahanan bending, berat jenis, pengaruh terhadap temperatur, isolasi termal, dan isolasi akustik (Jones, 1975). Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material penyusunnya,, susunan struktur dan interaksi antar unsur-unsur penyusunnya. Interaksi antar unsur penyusun komposit, yaitu serat dan matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan ikatan antarmuka (interfacial strength) (Gibson, 1994). Kekuatan ikatan antar muka (interfacial strength) yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit. commit to user


6 digilib.uns.ac.id

Menurut bentuk material dan penyusunnya, komposit dapat dibedakan dalam lima jenis, yaitu : (Schwartz,1984) a. Komposit serat (fibrous composite). b. Komposit partikel (particulate composite). c. Komposit serpih (flake). d. Komposit sketal (filled). e. Komposit laminat (laminate composite). Komposit serat merupakan jenis komposit yang paling banyak digunakan. Hal ini disebabkan karena komposisi serat lebih kuat dari pada butiran, mempunyai kekakuan serat yang solid dan matriknya lebih fleksibel (Schwartz, 1984).

2.2.2

Core Core merupakan penyusun komposit sandwich yang terletak diantara skin.

Secara mekanis core pada komposit sandwich berfungsi untuk mendistribusikan beban aksial menjadi beban geser pada seluruh luasan yang terjadi akibat pembebanan gaya dari luar. Salah satu faktor utama dari material komposit adalah core yang ringan, sehingga memperkecil berat jenis dari komposit. Terdapat beberapa pilihan jenis core yang bisa digunakan dalam struktur sandwich, seperti kayu, polyurethane (PU), poly vinyl chlorida (PVC), struktur honeycomb, dan lain-lain. Kardus juga dapat digunakan sebagai bahan core komposit (Pflug,1999). Berdasarkan persyaratan performanya, banyak material yang bisa digunakan sebagai core. Material core yang digunakan dalam komposit dapat digolongkan : a. Berat jenis rendah, material padat : foam susunan struktur sel terbuka atau tertutup, balsa dan jenis kayu lainnya b. Berat jenis medium dikembangkan dalam format selular : sarang lebah c. Berat jenis tinggi, material dikembangkan dalam format berkerut

2.2.3

Serat Salah satu unsur penyusun bahan komposit adalah serat. Serat inilah yang

terutama menentukan karakteristik komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik lainnya. Serat dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama yang menahan beban, sehingga kecilnya kekuatan bahan komposit commitbesar to user

7 digilib.uns.ac.id


sangat tergantung dengan kekuatan pembentuknya. Orientasi dan kandungan serat akan menentukan kekuatan mekanis dari komposit. Perbandingan antara matrik dan serat juga merupakan faktor yang sangat menentukan dalam memberikan karakteristik mekanis produk yang dihasilkan. Serat secara umum terdiri dari dua jenis, yaitu serat alam dan serat sintetis. Serat alam adalah serat yang dapat langsung diperoleh dari alam, biasanya berupa serat organik yang berasal dari tumbuh-tumbuhan dan binatang. Beberapa serat alam telah banyak digunakan oleh manusia, diantaranya adalah

kapas, wol, sutera, pelepah pisang, sabut

kelapa, ijuk, nanas, serat kenaf serta juga termasuk serat kayu dan kertas. Sedangkan serat sintetis yang sering digunakan manusia seperti rayon, polyester, akril, dan nilon (Schwartz,1984). Serat alam (natural fiber) sebagian besar mengandung selulosa. Keunggulan yang dimiliki serat alam apabila dibandingkan dengan serat anorganik adalah : berat jenis rendah, kekuatan dan modulus tinggi, dapat diperbaiki dan biaya untuk memperolehnya murah (George, dkk, 2001). Serat alam diperoleh dari tanaman serat yang banyak sekali terdapat di daerah tropis. Sehingga peluang pengembangan komposit serat alam terbuka lebar dan merupakan sumber yang potensial untuk pengembangan agro industri .

2.2.4

Matrik / Pengikat Gibson (1994) mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit bisa

berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Matrik memiliki fungsi : a. Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur b. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan c. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke filler. d. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan tahanan listrik. Berdasarkan bahan penyusunnya matrik terbagi atas matrik organik dan anorganik. Matrik organik terbentuk dari bahan – bahan organik yang diproses dengan cara sintesis. Matrik commit organikto user banyak digunakan karena proses


8 digilib.uns.ac.id

pembentukan menjadi komposit cepat dan sederhana dengan biaya yang murah. Salah satu matrik organik konvensional yang banyak digunakan adalah resin polyester. Beberapa jenis matrik anorganik proses pembentukan menjadi komposit sangat lama dan komplek dengan biaya yang mahal, diantaranya adalah matrik logam dan matrik keramik. Meskipun demikian, sifat mekaniknya lebih baik dibanding matrik organik. Sebagai alternatif banyak digunakan matrik yang lebih ramah terhadap lingkungan (Gibson,1994). Berdasarkan sifatnya, terdapat dua jenis matrik

polimer yang biasa

digunakan sebagai unsur penyusun komposit serat, yaitu matrik termoset dan termoplastik. Matrik termoset bersifat tidak mencair pada suhu tinggi dan bersifat lebih stabil serta tidak mampu balik (irreversible). Matrik termoplastik dapat mencair apabila mengalami pemanasan dan akan mengeras kembali setelah didinginkan (Gibson,1994).

2.2.5

Kanji Tepung tapioka di pasaran sering dikenal dengan nama tepung kanji

merupakan tepung yang terbuat dari ubi kayu / singkong. Pembuatan tepung kanji dilakukan dengan cara memarut singkong kemudian diperas, dicuci, diendapkan, diambil sari patinya, lalu dijemur / dikeringkan. Sifat tepung kanji apabila dicampur dengan air panas akan menjadi liat / seperti lem (KumpulBlogger,2009).

2.2.6

Ikatan antar material Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda.

Hal itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara serat dan matrik seperti ditampilkan pada gambar 2.3. Daerah pencampuran antara serat dan matrik disebut dengan daerah interphase (bonding agent), sedangkan batas pencampuran antara serat dan matrik disebut interface ( George, 2005). Ikatan antarmuka (interface bonding) yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit. Transfer beban/tegangan diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi. George, dkk (2005) mengungkapkan bahwa adhesi yang kuat diantara commit to user

9 digilib.uns.ac.id


permukaan antara matrik dan serat diperlukan untuk efektifnya perpindahan dan distribusi beban melalui ikatan permukaan. Pada komposit kegagalan yang sering terjadi adalah debonding. Debonding merupakan mekanisme lepasnya ikatan interface antar material penyusun komposit saat terjadi pembebanan dan terkelupasnya serat dari matriks. Hal ini disebabkan ikatan antar muka (interfacial bonding) yang lemah antara serat dan matriks. Kondisi ikatan antar serat dan matrik yang lemah apabila diberi beban tarik, ikatan antara serat dan matrik mudah terlepas atau mengalami debonding sebelum dapat mendistribusikan beban pada core secara sempurna dan mengurangi performa komposit secara keseluruhan. Oleh sebab itu diperlukan adhesi yang kuat pada permukaan

penyusun komposit agar tidak terjadi

debonding (Niu, 2001). Peningkatan debonding antar permukaan serat dan matriks terjadi karena meningkatnya deformasi dan akan berpengaruh pada seluruh bagian komposit. Setelah terjadi debonding ,serabut kehilangan kemampuan menahan beban pada arah debonding. Meskipun, serabut masih dapat mendistribusikan beban ke matriks melalui bagian yang masih terikat. Dapat disimpulkan bahwa debonding dipengaruhi oleh kekuatan ikatan intefacial antara serat dan matriks (Niu, 2001).

Gambar 2.1. Debonding pada Fiber Reinforced Plastic (FRP) ( Niu, 2001)

2.2.7

Sifat tarik komposit Apabila ada suatu gaya yang mencoba meregang material, maka material

tersebut akan melawan regangan tersebut sampai pada suatu tingkat tertentu. Gambar 2.1 melukiskan gaya P yang menarik spesimen, sebagai akibat adanya gaya P, di dalam spesimen timbul tegangan-tegangan tarik yang besarnya sama to membesar user dengan gaya P, tetapi tegangan commit ini dapat sedemikian rupa sehingga

10 digilib.uns.ac.id


partikel-partikel spesimen saling terlepas dan terjadilah patahan. Tegangan tarik ketika terjadinya patahan disebut kekuatan tarik (ASTM D-1037).

P

P Gambar 2.2. Skema pengujian tarik material (ASTM D-1037) Uji tarik yang dilakukan pada penelitian ini mengacu pada standar ASTM D-1037. Dari pengujian tarik akan diperoleh data berupa beban maksimum yang dapat ditahan komposit sebelum patah dan pertambahan panjang. Dari data-data tersebut dapat dicari nilai kekuatan tarik (tegangan). Besarnya nilai kekuatan tarik komposit dapat dihitung dengan persamaan:

c  dimana:

P A

.......................................................................... (1)

 c  kekuatan tarik komposit,

MPa

P = beban maksimum,

N

A = luas penampang rata-rata komposit,

mm2

Besarnya regangan adalah jumlah pertambahan panjang akibat pembebanan dibandingkan dengan panjang daerah ukur (gage length) dan dinyatakan dalam:

 dimana:

L L

.......................................................................... (2)



= regangan

L

= pertambahan panjang,

L

= panjang daerah ukur (gage length), mm

mm

Modulus elastisitas adalah harga yang menunjukkan kekuatan komposit pada daerah proporsionalnya. Pada daerah proporsional ini deformasi yang terjadi masih bersifat elastis dan masih berlaku hukum Hooke. Besarnya nilai modulus elastisitas komposit merupakan perbandingan antara tegangan dengan regangan commit to user pada daerah proporsionalnya, yang dinyatakan dengan persamaan:



E

dimana:

2.2.8

 

......................................................................... (3) E

= Modulus elastisitas,

MPa

c

= Kekuatan tarik komposit,

MPa



= Regangan

Densitas komposit Sesuai dengan ASTM D-1037 untuk panel komposit, pengukuran densitas

dilakukan dengan mencari berat kering, yaitu menimbang spesimen pada kondisi kering, kemudian dilakukan pengukuran panjang, lebar dan tebal spesimen. Pengukuran densitas dilakukan untuk mengetahui kerapatan panel komposit. Densitas dapat dirumuskan sebagai berikut :

 dimana :

m lxwxt

.......................................................................(4)

c

= densitas komposit

kg/m3

m

= masa komposit

kg

l

= panjang

m

w

= lebar

m

t

= tebal

m

commit to user



BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Kertas koran bekas 2. Tepung kanji 3. Air

3.2 Alat Penelitian

a. Cetakan

b. Dongkrak hidrolik

d. Oven

c. Timbangan digital

e. UTM

Gambar 3.1 Peralatan penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Cetakan b. Dongkrak hidrolik c. Timbangan digital. d. Oven e. Universal Testing Machine (UTM).

commit to user



3.3 Pelaksanaan Penelitian a. Sebagai persiapan awal yaitu mengumpulkan koran bekas dan mengumpulkan bahan dan alat yang akan digunakan dalam penelitian ini. b. Pembuatan benda uji 1. Perbandingan awal koran:air adalah 1:4. koran dan air kemudian di aduk hingga kertas koran hancur. 2. Membuat lem kanji dengan perbandingan air:kanji adalah 5:1. 3. Mencampur kertas koran dengan lem kanji. Variasi kandungan lem kanji adalah 5%, 10%, 15%, dan 20% dari berat kertas koran kering. 4. Mencetak campuran koran dan kanji tersebut menjadi panel dengan tekanan pada komposit sebesar 4,5 MPa. 5. Setelah itu meletakkan panel pada udara bebas di dalam ruang selama 2 hari, agar kadar air komposit turun hingga mendekati kadar air dalam udara. Kemudian melakukan pengukuran kadar air yang kemudian dapat menentukan waktu pengovenan. kadar air dalam panel yang dikehendaki yaitu 10-15 %. 6. Setelah kering kemudian menghaluskan permukaan komposit. 7. Menyimpan panel komposit pada tempat yang tidak terpengaruh kondisi kelembaban lingkungan, serta memberi silica gel. 8. Melakukan uji pada panel komposit.

3.4 Uji Tarik Setelah panel komposit jadi, kemudian melakukan pengujian pada panel. Pengujian yang dilakukan yaitu uji tarik (ASTM D-1037). Bentuk dan ukuran spesimen uji tarik komposit disesuaikan dengan standar ASTM D-1037 (Tensile strengh paralel to surface).

commit toSpesimen user Gambar 3.2. Dimensi Uji Tarik (mm)



3.5 Uji Densitas Uji fisik yang dilakukan yaitu uji densitas (ASTM D-1037). Metode pengujian densitas ini sesuai dengan persamaan (4). Langkah pengujian yaitu mengukur berat dan volume komposit, kemudian membagikan berat komposit terhadap volume komposit.

3.6 Tabel Proses Pembuatan Panel Komposit Tabel 3.1. Proses pembuatan panel komposit Sub topic

Variabel tetap

Variabel peubah

penelitian Pengaruh

Pengujian / acuan

- Tekanan =

kandungan lem

4,5 MPa

kanji terhadap

- Komposisi

- variasi

- Uji Tarik

kandungan lem

(ASTM D-

kanji 5%,

1037)

sifat tarik dan

air:kertas = 4:1

10%,15%,20%

- Uji Densitas

densitas

(Wa/Wk)

dari berat kertas

(ASTM D-

koran.

1037)

komposit..

commit to user



3.7 Alur Penelitian Mulai

Persiapan Menghancurkan kertas dengan air, kemudian mencampur dengan lem kanji. Perbandingan air:kertas adalah 4:1. Variasi kandungan lem kanji adalah 5%, 10%, 15%, dan 20% dari berat kertas koran kering.

Mencetak campuran kertas dan lem kanji menjadi panel komposit dengan tekanan 4,5 Mpa, kemudian cure pada suhu kamar selama 2 hari

Uji kadar air kemudian melakukan pengovenan pada suhu 105 0 C

Menghaluskan permukaan komposit kemudian menyimpan di dalam wadah dan memberi silica gel

Uji tarik

Uji densitas

Hasil pengujian berupa sifat tarik dan densitas komposit

Analisa data

kesimpulan

Selesai Gambar 3.3. Diagram alir penelitian commit to user


digilib.uns.ac.id 16

BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1 Pengujian Tarik Komposit 4.1.1 Kekuatan Tarik Komposit

kekuatan tarik (MPa)

2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

5

10

15

20

kandungan kanji (%)

Gambar 4.1 Kurva hubungan kekuatan tarik komposit-kandungan kanji Pada komposit hingga kandungan lem kanji 20%, semakin besar kandungan lem kanji maka semakin besar pula kekuatan tarik komposit. Kekuatan tarik komposit tanpa kandungan lem kanji, yaitu dengan nilai rata-rata 0,57 MPa. Kekuatan tarik komposit dengan kandungan lem kanji 20%, yaitu dengan nilai ratarata 1,79 MPa. Meningkatnya kekuatan tarik komposit disebabkan oleh semakin banyaknya lem kanji yang terdapat dalam komposit. Kertas koran tanpa lem kanji sudah dapat dibuat komposit. Lem kanji yang berfungsi sebagai pengikat meningkatkan ikatan antar material kertas koran, sehingga ketika diberi beban tarik ikatan tidak mudah lepas. Kekuatan tarik yang dimiliki oleh panel core kertas koran bekas ini lebih baik commit to user jika dibandingkan dengan panel core styrofoam. panel core styrofoam dengan



pengikat polystyrene (S-P) memiliki kekuatan tarik 0,34 MPa. Nilai tersebut lebih kecil dibandingkan dengan panel core kertas koran bekas tanpa kandungan lem kanji. panel core styrofoam brand (SB) memiliki kekuatan tarik 0,59 MPa (The Dow chemical company, 2000). 2 Kekuatan Tarik (MPa)

1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0%

5%

10%

15%

20%

S-P

SB

Variabel Pembanding

Gambar 4.2 Grafik pembanding kekuatan tarik panel core koran bekas-core lain

4.1.2 Regangan Tarik Komposit

regangan tarik (mm/mm)

0,0025 0,002 0,0015 0,001 0,0005 0 0

5

10

15

kandungan kanji (%)

commit to user Gambar 4.3 Kurva hubungan regangan tarik komposit-kandungan kanji

20



Pada komposit hingga kandungan lem kanji 20%, semakin meningkat kandungan lem kanji maka semakin kecil nilai regangan tarik pada komposit. Nilai regangan tarik komposit tanpa kandungan lem kanji, yaitu dengan nilai rata-rata 0,0009804 mm/mm. Nilai regangan tarik komposit dengan kandungan lem kanji 20%, yaitu dengan nilai rata-rata 0,0006863 mm/mm.

4.1.3 Modulus Tarik Komposit

modulus tarik (MPa)

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

5

10

15

20

kandungan kanji (%)

Gambar 4.4 Kurva hubungan modulus tarik komposit-kandungan kanji

Pada komposit kertas koran-kanji hingga kandungan lem kanji 20% menunjukkan peningkatan modulus tarik seiring dengan meningkatnya penambahan lem kanji. Nilai modulus tarik komposit tanpa kandungan lem kanji, yaitu dengan nilai rata-rata 719,02 MPa. Nilai modulus tarik komposit dengan kandungan lem kanji 20%, yaitu dengan nilai rata-rata 2965,64 MPa. Nilai modulus tarik sangat dipengaruhi oleh nilai kekuatan dan regangan tarik, kenaikan kekuatan tarik dan penurunan regangan tarik komposit kertas koran-kanji menyebabkan modulus tarik naik. commit to user



4.1.4 Pengamatan Permukaan Patah Uji Tarik 20% 15% 10%

5%

0%

50 mm

Gambar 4.5 Bentuk patahan uji tarik komposit koran bekas

Permukaan patah benda uji rata-rata terdapat di daerah panjang ukur (gage length). Hal tersebut disebabkan distribusi komposisi penyusun komposit homogen, dan distribusi gaya tersebar merata. Pada komposit dengan kandungan lem kanji 20% mempunyai kekuatan tarik lebih besar, karena mengandung jumlah pengikat yang paling banyak sehingga ikatan antar partikel kertas koran juga semakin baik.

Debonding a) Kandungan lem kanji 0%

Debonding b) Kandungan lem kanji 5%

commit to user

10 mm

10 mm



Debonding

10 mm

c. Kandungan lem kanji 10%

Debonding

10 mm

d. Kandungan lem kanji 15%

Debonding

10 mm

e. Kandungan lem kanji 20% Gambar 4.6 Permukaan patah uji tarik komposit koran bekas Permukaan patah yang terjadi tidak mengalami perbedaan yang signifikan, hanya pada komposit tanpa kandungan lem kanji lebih banyak mengalami debonding atau lepasnya ikatan antar material. Ikatan antar material kertas koran yang kurang baik menyebabkan pada saat dikenai beban tarik ikatan material tersebut lepas, sehingga kekuatan untuk menahan beban tarik rendah. Pada komposit dengan kandungan lem kanji 20% lebih sedikit mengalami debonding. Kandungan lem kanji yang lebih banyak menyebabkan ikatan antar material kertas koran semakin kuat. Ketika dikenai beban tarik ikatan tersebut mudah lepas. committidak to user



4.2 Densitas Komposit 0.68

densitas (gr/cm3)

0.66 0.64 0.62 0.6 0.58 0.56 0

5

10

15

20

kandungan kanji (%)

Gambar 4.7. Kurva hubungan densitas komposit-kandungan kanji Densitas komposit hingga kandungan lem kanji 20% meningkat seiring dengan peningkatan kandungan lem kanji. Komposit tanpa lem kanji mempunyai nilai densitas dengan nilai rata-rata 0,6082 gram/cm 3. Komposit dengan kandungan lem kanji 20% mempunyai nilai densitas dengan nilai rata-rata 0,6633 gram/cm 3 . Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa densitas lem kanji lebih tinggi daripada densitas kertas koran. Komposit hingga kandungan kanji 20%, semakin banyak kandungan lem kanji maka semakin tinggi nilai densitas komposit. Tabel 4.1. Klasifikasi komposit panel (Suchland dan Woodson,1986)

commit to user



Untuk cakupan penggunaan dan pengembangan produk khusus klasifikasi board/papan ini memerlukan definisi lebih lanjut dari produk. Dari tabel di atas dapat disimpulkan bahwa panel komposit kertas koran bekas termasuk dalam klasifikasi medium density fiberboard.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V PENUTUP

5.1 KESIMPULAN Dari analisa hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Komposit tanpa kandungan lem kanji mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar 0,57 MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,0009804 mm/mm, dan nilai modulus tarik sebesar 719,02 MPa. Komposit dengan kandungan lem kanji 20% mempunyai

nilai kekuatan tarik sebesar 1,79 MPa, nilai regangan tarik

sebesar 0,0006863 mm/mm, dan nilai modulus tarik sebesar 2965,64 MPa. 2. Pada komposit hingga kandungan lem kanji 20%, semakin banyak kandungan lem kanji menyebabkan semakin sedikit debonding yang terjadi. 3. Densitas Komposit Koran Bekas hingga kandungan lem kanji 20% naik seiring dengan semakin banyak kandungan lem kanji. Komposit tanpa kandungan lem kanji mempunyai nilai densitas sebesar 0,6082 gram/cm 3 . Komposit dengan kandungan lem kanji 20% mempunyai

nilai densitas

sebesar 0,6633 gram/cm 3 .

5.2 SARAN Untuk lebih mengembangkan pemanfaatan koran bekas, maka penulis memberikan saran : 1. Perlu diteliti lebih lanjut tentang pengaruh penambahan skin pada komposit koran bekas terhadap sifat mekanik dan karakteristiknya. 2. Agar dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai variasi tekanan pengepresan.

commit to user

23



DAFTAR PUSTAKA Aris, 2007,’Pengaruh Tekanan Pembriketan, Jenis Binder, Dan Persentasi Binder Terhadap Karakteristik Sifat Fisik Dan Mekanik Briket Biomasa’, Skripsi, Universitas Sebelas Maret Surakarta Arofah.2008.Pengaruh Variasi Tekanan Pengepresan Terhadap Sifat Mekanik Core Sampah Kota.Skripsi S1. ASTM D1037, 1996, Standard Test Methods for evaluating properties of Woodbase fibre and particle panel materialsm, American Society for Testing and Material. Book of Standard Vol 4.10 Wood. West Chonshohoken, PA. USA. Felix, J. M dan Gatenholm, P. 1991. The Nature of Adhesion in Composites of Modified Cellulosa Fibers and Polypropylene. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 42, pp. 609 – 620. Gay, dkk., 2003, “Composite Material, Desaign and Applications”, Boca Raton: CRC Press. George, J., dkk.2001. A Review of interface modification and characterization of natural fiber reinforced plastic composites. Polymer Engineering and science, Vol 41, pp. 1471 – 1486. George, J., dkk., 2005, Short Pineapple-leaf Reinforced Low-DensityPolyethylene, Journal of Applied Polymer Scienced, Vol. 57, pp. 843-854. Gibson, R.F., 1994, Principles of Composites Material Mechanics, ed., p.p. 115155, Mc Graw Hill Book Co., Singapore. Irawan, B, 2006, Handout penjelasan tentang mekanisme produksi kertas, PT Adiprima Suraprinta, Gresik. Jones R.M, 1975. Mechanics of Composite Materials, Scripta Book Company, Washington D.C., USA. Karnani, R., 1997. Biofiber – Reinforced Polypropylene Composites. Polymer Engineering and Science, Vol. 37 No. 2, pp. 466 – 482. Krzysik,

A.

M.;

Youngest,

J.A.

1991,

Bonding

of

airformed

wood

fibre/polypropylene fibre composites. International Journal of Adhesion commit to user and Adhesives. 11(4): 235.240.



KumpulBlogger.2009.Tugas dan catatan sekolah: tepung tapioka dan tepung maizena. Malachy, S.; Benjamin, I. U.; Levi, T.; Theophilus, O. 2006. A Preliminary Mechanical Characterization of Polyurethane Filled with Lignocellulosic Material. Mechanical Engineering Department, Federal University of Technology, Yola, Nigeria. Muehl, J. H.; Krzysik, A.J.; Chow, P. 2004, Composite Panels Made With Biofiber or Office Wastepaper Bonded With Thermoplastic and/or Thermosetting Resin, United States Department of Agriculture. Niu, H. 2001. Analitycal Modeling on Debonding Failure of FRP-Strengthened RC Flexural Structures, Ibaraki University, Hitachi. Pflug, J., 1999, Folded Honeycomb Carboard and Core Material for Struktural Application Applications.K.U.Leuven. Belgium. Priyono A, 2003, Pengukuran Koefisien Absorpsi dan Impedansi Suara Bahan Serat Enceng Gondok Dengan Metode Tabung Impedansi Dua Mikropon, Skripsi S1 Fisika, UNS. Raharjo, W. W. 2002. Efek Kadar Air Pada Sifat Mekanik Komposit Unsaturated Polyester yang diperkuat Serat Cantula. Usulan Penelitian untuk Thesis S – 2, pp. 1 – 9. Setyo. 2007. Pengaruh Fraksi Berat Filler Sampah Kota dan Variasi Binder, Terhadap Sifat Fisik dan Sifat Mekanik Komposit-Sampah Kota. Skripsi S1. Schuh G.T., 1999, Renewable Materials for Automotive Applications, UNESP-Sao Paulo State University. Schwartz, M.M., 1984, Composite Materials Handbook, Mc Graw Hill Book Company. Suchland O., Woodson G. E., 1986, Fiberboard Manufacturing Practies In The United States, Agric Handbook 640. Washington DC : U.S. Department of Agriculture. The Dow Chemical Company. 2000. USA.

commit to user

PENGARUH KANDUNGAN LEM KANJI TERHADAP SIFAT TARIK DAN DENSITAS KOMPOSIT KORAN BEKAS

Recommend Documents