Vol. 2, No.2 November 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
e-ISSN:2502-8944
KAJIAN EKSPERIMENTAL SIFAT MEKANIK MATERIAL KOMPOSIT SERAT TANGKAI SAGU DIPADUKAN DENGAN SERBUK GERGAJI KAYU JATI
La Ode Mamur1, Muhammad Hasbi2, Prinob Aksar3 1
2,3
Mahasiswa Teknik S-1 Mesin, Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo Dosen Pembimbing Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo Email:
[email protected]
ABSTRACT This research aims to determine the tensile strength fiber-reinforced composite material sago stalk fibers combined with teak sawdust and value bending test and tensile. Method that is utilized on this research which is manufacture of composite particle board with a varied mix of polyster resins powder are 30:30, 30:20 and 40:10. Manufacture of Composites made with a hand lay-up method. The test specimen were prepared standart testing ASTM D 790-02 bending refers to the standart and ASTM D -5941 for the tensile test. From the test results bending and pulll on the composite resin-polyster powder particles obtained maximum strength polyester contained in the composition of the mixture of 40: 30: 30 to the value of 259.101 N / mm2 and composition of the mixture of 30%: 30% to the value of 31.059 N / mm2. Key word : Komposit is polyester's particle, hand lay up, bending and spectacular.
ABSTRAK Tujuan penelitian ini untuk mengetahui kekuatan tarik material komposit yang diperkuat serat tangkai sagu dipadukan dengan serbuk gergaji kayu jati dan nilai uji bending serta tarik. Metode yang digunakan pada peneltian ini yaitu pembuatan papan partikel komposit divariasikan dengan campuran serbuk-resin polyster yaitu 30:30, 30:20 dan 40:10. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode hand lay up. Pengujian spesimen dibuat berdasarkan standar pengujian bending mengacu pada ASTM D 790-02 dan ASTM D - 5941 untuk uji tarik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Kekuatan bending yang tertinggi terdapat pada komposit campuran 40:30:30 yaitu 278.1268 N/mm2, dan yang terendah terdapat pada komposisi campuran 50:30:10 sebesar 118.87844 N/mm2. Kekuatan tarik tertinggi berada pada komposisi campuran 30:30 sebesar 31.059 N/mm2 , yang terendah terdapat pada komposisi campuran 40:10 sebesar 18.136 N/mm2. Kata Kunci: Komposit partikel-polyester, hand layup, bending dan tarik.
PENDAHULUAN Pohon sagu mempunyai banyak kegunaan, mulai dari daun, batang, tangkai daun, batang pohon sampai kulitnya. Daun sagu digunakan sebagai atap rumah, batangnya terdapat pati yang bisa diolah menjadi makanan pokok. Sementara tangkai sagu digunakan sebagai dinding rumah atau dianyam menjadi tikar. Akan tetapi, dari beberapa kegunaan tersebut belum bisa termanfaatkan secara maksimal (Atjung, 1990). Didalam tangkai sagu terdapat serat yang bisa dimanfaatkan sebagai bahan penguat pada material komposit. Dimana serat merupakan salah satu unsur
utama dari komposit. serat inilah yang menentukan karakteristik bahan komposit seperti kekuatan, keuletan, kekakuan dan sifat mekanik yang lain. Potensi ketersediaan serbuk gergaji kayu Jati di Sulawesi Tenggara sangat melimpah, hal ini disebabkan oleh banyaknya pelaku usaha yang bergerak dibidang mobiler yang bahan baku utamanyanya adalah kayu jati. Produksi limbah yang dihasilkan belum bisa dimanfaatkan secara maksimal. Serbuk ini bisa digunakan sebagai bahan penguat pada material komposit. Adapun tujuan pada penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan tarik material komposit yang diperkuat serat tangkai sagu dipadukan dengan serbuk gergaji kayu jati dan nilai uji bending serta tarik.
37
Vol. 2, No.2 November 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
TEORI DASAR Tanaman Sagu Tanaman sagu dengan bahasa latin (Metroxylon sp) berarti tanaman yang menyimpan pati pada batangnya. Pohon sagu memiliki batang silindris mirip pohon kelapa, tetapi ukuran diameter batangnya cukup besar sehingga apabila telah dewasa batangnya tidak terpeluk oleh manusia. Secara keseluruhan, pohon sagu lebih terlihat sebagai palem yang gemuk dengan daun-daun yang besar memanjang. Pembentukan batang terjadi pada umur 3 tahun dan pada umur 15-20 tahun sagu mencapai puncak pertumbuhannya sehingga dapat segera dipanen. Dengan perawatan yang baik, pohon ini bisa dipanen dalam waktu yang lebih singkat sekitar 10-12 tahun. Dibawah umur itu pati yang dihasilkan belum maksimum. Flora ini memiliki daun panjang menyirip, ujungnya meruncing dan dapat melukai (Atjung, 1990). Serbuk Gergaji Serbuk gergaji merupakan salah satu limbah yang dapat diperoleh dari hasil menggergaji yang biasa di lakukan di tukang kayu. Biasanya serbuk gergaji dapat dihasilkan setelah melakukan proses penggergajian kayu ataupun proses penghalusan dari kayu dan dilakukan dengan menggunakan alat penghalus kayu. Biasanya, hasil dari serbuk gergaji akan langsung dibuang. Namun ternyata, serbuk kayu hasil proses penggergajian ataupun limbah dari penghalusan kayu ternyata memilki berbagai manfaat. Seperti sudah disebutkan sebelumnya, bahwa serbuk gergaji ternyata memiliki banyak sekali manfaat yang sangat baik untuk kehidupan kita. Karakteristik Komposit serat tangkai sagu dipadukan serbuk gergaji kayu jati Penggunaan serat tangkai sagu dipadukan serbuk gergaji kayu jati terlebih dahulu memerlukan perlakuan lebih lanjut agar dapat meningkatkan kualitas serat sebagai pengikat dan serbuk sebagai penguat yang terbaik. kualitas serat sebagai pengikat dan serbuk sebagai penguat yang terbaik. Salah satu perlakuan yang dapat dilakukan dalam membuat material komposit serat tangkai sagu dipadukan dengan serbuk gergaji kayu jati adalah dengan membuat komposit dalam bentuk papan partikel. Pada penelitian ini dilakukan kombinasi variasi jumlah campuran resin polyster, serat tangkai sagu dan serbuk kayu jati yaitu 40:30:30, 50:30:20 dan 50:40:10. Adapun pengujian yang dilakukan untuk mengetahui kemampuan dan kualitas komposit campuran berpenguat serat tangkai sagu yang dipadukan dengan serbuk gergaji kayu jati ini adalah pengujian sifat fisik (pengujian bending dan tarik).
e-ISSN:2502-8944
Kekuatan Tarik Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui tegangan, regangan, modulus elastisitas bahan dengan cara menarik spesimen sampai putus/patah. Selama proses pengujian, spesimen mengalami deformasi elastis dan deformasi plastik. Deformasi elastis terjadi diawal pembebanan ketika pembebanan masih sangat rendah, dimana tegangan dan regangan berbanding lurus mengikuti kaidah Hukum Hooke. Deformasi elastis bersifat tidak permanen ketika beban dilepas, spesimen akan kembali kebentuk awal. Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik atau dengan universal testing standar (standar) (Bondan T. Sofian, 2010). Kekuatan Bending Kekuatan bending suatu material dapat diketahui dengan melakukan pengujian dengan uji bending terhadap material komposit tersebut. Kekuatan bending atau kekuatan lengkung adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Besar kekuatan bending tergantung pada jenis material dan pembebanan. Akibat pengujian bending bagian atas spesimen mengalami tekanan, sedangkan bagian bawah akan mengalami tegangan tarik. Bagian dalam material komposit mempunyai kekuatan tekan lebih tinggi dari pada kekuatan tariknya. Jika material tidak mampu menahan tegangan tarik yang diterima spesimen tersebut akan patah dan mengakibatkan kegagalan pada pengujian komposit. Kekuatan bending pada sisi bagian atas sama nilai dengan kekuatan bending pada sisi bagian bawah. Material komposit mempunyai sifat tekan yang lebih baik dibandingkan sifat tariknya. Pada perlakuan uji bending bagian atas specimen mengalami proses penekanan dan bagian bawah specimen mengalami proses tarik sehingga akibatnya specimen mengalami patah bagian bawah karena tidak mampu menahan tegangan tarik. Specimen uji bending dibuat sesuai standar ASTM D709-02.
METODE PENELITIAN Metode yang digunakan dalam pembuatan papan material komposit serat tangkai sagu dan serbuk gergaji kayu jati adalah metode hand lay up. Adapun pengujian yang dilakukan untuk mengetahui kemampuan dan kualitas komposit campuran berpenguat serat tangkai sagu yang dipadukan dengan serbuk gergaji kayu jati ini adalah pengujian sifat fisik (pengujian bending dan tarik). Untuk mengetahui proses pembuatan dan karakteristik secara fisik komposit campuran serat tangkai sagu dan serbuk gergaji kayu jati dengan resin polyster dengan tekan
Vol. 2, No.2 November 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Pengujian Bending Pengujian komposit dilakukan untuk mengetahui kemampuan suatu bahan komposit menerima beban bending yang tegak lurus terhadap sumbu longitudinal. Tabel 1. Hasil uji bending pada masing-masing jenis variasi komposit sarbuk gergaji kayu jati terhadap jumlah komposisi.
Nilai Bending (N/mm2)
HASIL DAN PEMBAHASAN 300
Perbedaan nilai kekuatan bending pada masing-masing jenis variasi (40:30:30, 50:30:20 dan 50:40:10 partikel-polyster) juga dapat dilihat pada gambar berikut:
278.12 191.06
200
118.87
100 0 40:30:30
50:30:20
50:40:10
Perbandingan Fraksi Volum
Gambar 1.
Berdasarkan tabel 1, dapat diketahui nilai kekuatan bending rata-rata dari spesimen uji komposit serat tangkai sagu dipadukan serbuk gergaji kayu jati pada masing-masing variasi jumlah komposisi. Pada komposit papan partikel serat tangkai sagu, serbuk gergaji kayu jati dengan variasi jumlah 40:30:30 partikel-polyster, nilai kekuatan bending rata-rata adalah 278,1268 (N/mm ). Untuk komposit dengan jumlah variasi 50:30:20 yakni nilai rata – ratanya adalah 118,87844 (N/mm ), dan pada komposit campuran partikel-polyster yang 50:40:10 nilai ratarata ialah 191,0698 (N/mm ). Dari data diatas juga dapat diketahui bahwa, nilai kekuatan uji bending dari masing-masing spesimen uji dalam satu variasi jumlah komposit papan partikel yang sama memiliki perbedaan kekuatan bending yang tak terlalu signifikan. Misalkan pada komposit dengan variasi jumlah 40:30:30 partikel-polyster, pada spesimen uji ke-1 nilai kekuatan bendingnya adalah 304,275 (N/mm ), spesimen uji ke-2 yaitu 269,607 (N/mm ), spesimen uji ke-3 sebesar 394.328 (N/mm ), spesimen uji bending ke-4 adalah 163.323 (N/mm ), dan yang terakhir spesimen uji ke-5 sebesar 259.101 (N/mm ).
e-ISSN:2502-8944
Grafik hubungan Tegangan Bending vs Campuran Partikel-Polyster
Pada gambar 1, dapat dilihat bahwa kekuatan bending terendah terdapat pada komposisi campuran dengan variasi 50:30:20 sebesar 118,87844 (N/mm ), pada spesimen uji bending dengan kekuatan bending tertinggi terdapat pada spesimen uji dengan variasi jumlah 40:30:30 partikel-polyster sebesar 278,1268 (N/mm ), Sedangkan pada komposit dengan variasi jumlah 50:40:10 partikel-polyster nilai kekuatan bending sebesar 191,0698 (N/mm ). Perbedaan nilai kekuatan bending juga dapat dilihat pada foto makro hasil pengujian bending yang memperlihatkan kemampuan partikel dan polyster hingga terjadi kegagalan, sebagaimana yang terlihat pada gambar berikut:
Gambar 2.
Foto spesimen uji bending 40:30:30 setelah dilakukan pengujian
Gambar 3.
Foto spesimen uji bending 50:30:20 setelah dilakukan pengujian
Gambar 4.
Foto spesimen uji bending 50:40:10 setelah dilakukan pengujian
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Secara umum dari foto makro hasil pengujian bending diatas, terlihat jenis kegagalan yang sama. Dimana serbuk tidak mengalami patah yang sempurna melainkan retak dari matriknya. Ini dapat disebabkan karena serbuk yang digunakan serbuk gergaji kayu jati diberikan perlakuan terlebih dahulu. Perlakuan serbuk yang dapat meningkatkan daya ikat antar permukaan serbuk dengan matriknya dapat dilakukan dengan pemberian silane coupling agent, acetylation treatment atau karakterisasi kimia berupa perlakuan alkali Natrium Hydroksida (NaOH). Serbuk tanpa perlakuan pada komposit partikel dapat mengakibatkan terjadinya kegagalan patahan saat komposit menerima beban bending. Selain itu, pola campuran komposit partikel tidak merata juga dapat mempengaruhi nilai kekuatan bending komposit tersebut. Pengujian Tarik Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui sifat mekanis dari material komposit terhadap tarikan dimana sifat mekanis tersebut antara lain meliputi kekuatan tarik, pertambahan panjang dan pengecilan luas penampang. Tabel 2. Hasil uji tarik pada masing-masing jenis variasi komposit serat tangkai sagu dipadukan serbuk gergaji kayu jati terhadap jumlah komposisi. Variasi Campuran % 40:30:30
t
d
Fmax
σ (N/mm2 )
5
13
2018,86
31.0593
5030:20
5
13
1349,72
20.7649
50:40:10
5
13
1178,87
18.1364
Pada tabel 2, diperlihatkan nilai kekuatan tarik rata-rata dari masing-masing variasi jumlah partikelpolyster komposit serat tangkai sagu dipadukan serbuk gergaji kayu jati. Nilai kekuatan tarik rata-rata tertinggi terdapat pada komposit dengan jumlah variasi 30% : 30% partikel-polyster yaitu sebesar 31,05938462 (N/mm ). Pada komposit dengan jumlah variasi 30% : 20% partikel-polyster, nilai kekuatan tarik rata-rata sebesar 20.76492308 (N/mm ) sementara variasi 40% : 10% campuran partikelpolyster nilai rata-rata adalah 18.13646154 (N/mm ) dan nilai kekuatan tarik terendah terdapat pada komposit dengan jumlah variasi 40% : 10% partikelpolyster yaitu sebesar 18.1364 (N/mm ). Nilai kekuatan tarik komposit serat tangkai sagu, serbuk gergaji kayu jati dan resin polyster dari masing-masing jenis variasi serat tangkai sagu, serbuk gergaji kayu jati dan resin polyster juga dapat dilihat pada grafik berikut:
Tegangan Tarik (N/mm2)
Vol. 2, No.2 November 2016
40 30
e-ISSN:2502-8944
31.059 20.764
20
18.136
10 0 40:30:30
50:30:20
50:40:10
Perbandingan Fraksi Volum
Gambar 5.
Grafik nilai tegangan tarik vs nilai perbandingan campuran
Berdasarkan tabel dan grafik diatas, terjadi kenaikan kekuatan uji tarik pada papan partikel komposit dengan jumlah variasi 30 : 30 partikelpolyster yaitu sebesar 31,059 (N/mm ), jika dibandingkan dengan papan partikel komposit campuran pada jumlah variasi 30 : 20 partikel-polyster yaitu sebesar 20,764 (N/mm ) dan variasi campuran 40 : 10 partikel-polyster sebesar 18,136 (N/mm ). Akan tetapi kenaikan nilai uji tarik tidak berbanding lurus dengan banyaknya jumlah partikel-polyster yang diberikan. Karena dapat kita lihat pada papan partikel komposit dengan jumlah variasi 40 : 10 partikelpolyster yang mengalami penurunan kekuatan uji tarik sebesar 18,136 (N/mm ), nilai ini lebih rendah bila dibandingkan dengan campuran papan partikel dengan variasi jumlah 30 : 30 dan 30:20 partikel-polyster. Pada pengujian tarik, lemahnya komposit menyebabkan lolosnya serat dan serbuk dari matrik sehingga nilai kekuatan tarik pada komposit tersebut menjadi rendah. bentuk patahan yang terjadi umumnya menunjukan jenis patahan yang berbeda-beda yang disebabkan karena ikatan interfacial antara partikelpolyster yang lemah. Jenis patahan dari keempat variasi jumlah komposit partikel-polyster tersebut dapat dilihat pada foto makro hasil pengujian tarik, sebagai mana yang terlihat pada gambar diberikut:
Gambar 6.
Foto patahan spesimen hasil pengujian setelah uji tarik
Berdasarkan foto makro hasil pengujian tarik dari ke tiga variasi jumlah papan partikel komposit (30:30, 30:20 dan 40:10 partikel-polyster) diatas, secara umum dapat dilihat bahwa ketiga
Vol. 2, No.2 November 2016
ENTHALPY – Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
spesimen uji mengalami kegagalan/patah yang berbeda, dimana serat dan serbuk dari matriknya atau disebut sebagai patahan yang lemah. Matrik yang berfungsi sebagai pelindung komposit serat dan serbuk dan pentransfer gaya-gaya yang diterima keseluruh bagian komposit, pada foto diatas juga memperlihatkan fungsi matrik tidak maksimal, dimana terjadi regangan yang panjang dan kegagalan didominasi oleh serbuk yang tidak merata campuran dari matriknya.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Adapun kesimpulan pada penelitian ini adalah : 1. Kekuatan bending yang tertinggi terdapat pada komposit campuran 40:30:30 yaitu 278.1268 N/mm2, dan yang terendah terdapat pada komposisi campuran 50:30:10 sebesar 118.87844 N/mm2. 2. Kekuatan tarik tertinggi berada pada komposisi campuran 30:30 sebesar 31.059 N/mm2 , yang terendah terdapat pada komposisi campuran 40:10 sebesar 18.136 N/mm2. Saran Saran yang diajukan pada penelitian ini adalah: 1. Perlu dilakukan pengujian komposisi kimia untuk mengetahui pengaruh perubahan reaksi kimia yang terjadi. 2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang perbandingan komposisi campuran antara serbuk gergaji kayu jati dan resin poliyster pada perbandingan campuran 30 % : 30 %. 3. Untuk mengembangkan potensi serat alam, khususnya serbuk gergaji kayu jati sebagai bahan alternatif penganti serat sintetis yang lebih ramah terhadap lingkungan serta untuk meningkatkan nilai ekonimis serbuk tersebut, maka sebaiknya diharapkan agar dapat dilakukan penelitian-penelitian lebih lanjut terkait potensi serat alam tersebut.
DAFTAR PUSTAKA Ary Widiyanto, 2011. kualitas papan partikel kayu karet (muell. arg) dan bambu tali kurz) dengan perekat likuida kayu. Universitas Negeri Yogyakarta Azwar 2009, study perilaku mekanik komposit berbasis polyester yang diperkuat dengan partikel serbuk kayu keras dan lunak. Politeknik Negeri Lhokseumawe Baharuddin, Muh.Taufik Arfah, dan Syahidah, 2005, pemanfaatan serbuk kayu jati (tectona grandisl.) yang direndam dalam air dingin sebagai media tumbuh jamur tiram (pleurotus comunicipae). Universitas Hasanuddin.
e-ISSN:2502-8944
Dina Setyawati, 2013, komposit serbuk kayu plastik daur ulang : teknologi alternatif pemamfaatan limbah kayu dan plastik. Jones., M. R.,1975, Mechanics of Composite Material, Mc Graww Hill Kogakusha, Ltd. Junaedi., 2013, Karakteristik Sifat Mekanik Komposit Serat Daun Nanas Dengan Matrik Epoxy Resin. Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo, kendari. Muhammad Navis Rofii dan Ragil Widyorini, 1980, pemanfaatan limbah pengolahan kayu jati sebagai bahan baku papan partikel non perekat. Universitas Gadjah Mada Martawijaya, et.al., 1986, Indonesian Wood Atlas, Volume I, Forest Products Research and Development Centre, Bogor. Sharkelforld, 1998. Intriduction to Materials Science for Enginner. Third Edition Macmilan Publishing, company. New York. 1192. Yohanes Kelik Bekti Subagyo dan T. A. Prayitn0, 2009, Pengaruh komposisi serbuk kulit kayu gemor dan jumlah perekat urea FORMALDEHYDE terhadap sifat produk bentukan.
