Kata kunci : Serat purun tikus, NaOH, polyester,kekuatan tarik & Bending

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

UPAYA PENINGKATAN KUALITAS SIFAT MAKANIK KOMPOSIT SERAT PURUN TIKUS (ELEOCHARIS DULCIS) BERMATRIK POLYESTER DENGAN PERLAKUAN NaOH Kosjoko, Fakultas Teknik Mesin UNMUH Jember Jawa Timur Indonesia Email : [email protected] ABSTRAK Serat Purun Tikus (Eleocharis Dulcis) merupakan salah satu material natural fibre alternative. Dalam pembuatan komposit secara ilmiah, penggunaan material komposit dengan bahan tersebut pemanfaatannya belum ada, sehingga komposit ini diharapkan mampu memberi nilai tambah secara ekonomi. Secara tradisional hanya dimanfaatkan untuk bahan baku industri mebel (kursi dan meja) dan kerajinan rumah tangga (tikar dan tas anyaman). waktu perlakuan Perendaman (NaOH) selama 120 menit untuk upaya peningkatan sifat mekanik yang maksimal pada komposit serat purun tikus. Tujuan dari penelitian, pembuatan komposit berbahan dasar matrik polyester type157BTQN yang diperkuat dengan serat alam Purun Tikus (Eleocharis Dulcis), dengan perlakuan perendaman 5% NaOH, per 1 liter aquades selama 120 menit, untuk mengetahui sifat mekanik komposit terhadap kekuatan tarik dan kekuatan bending dengan variasi fraksi volume serat 20%,30%, dan 40%. Metode yang dilakukan dengan menyusun satu arah serat alam Purun Tikus dengan matrik polyester type 157 BTQN dengan variasi fraksi volume serat 20%,30%, dan 40%. Hardener yang digunakan adalah 1%. Komposit dibuat dengan metode hand lay up. Variabel utama penelitian yaitu variasi fraksi volume serat 20%,30%, dan 40%, dengan perlakuan perendaman 5 gram per 1 liter aquades NaOH selama 120 menit. Spesimen dan prosedur pengujian tarik dan bending mengacu pada standart ASTM D 638 – 03 dan ASTM 790-03. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa penambahan fraksi volume serat 20%,30%, 40% dan perlakuan perendaman 5% NaOH, per 1 liter aquades dapat meningkatkan daya rekat antar muka antara serat dan matrik. Kekuatan tarik tertinggi pada perlakuan perendaman 5% NaOH selama 120 menit komposit serat alam Purun Tikus dengan fraksi volume 40% sebesar 42,1 kN/mm2,untuk dan tanpa perlakuan NaOH dengan fraksi volume 40% sebesar 14,6 kN/mm2 . Sedangkan kekuatan Bending tertinggi pada komposit serat Purun Tikus pada perlakuan perendaman 5% NaOH selama 120 menit dengan fraksi volume 40% sebesar 8,9 kN/mm2, untuk fraksi volume 40% tanpa perlakuan sebesar 5,3 kN/mm2. Kata kunci : Serat purun tikus, NaOH, polyester,kekuatan tarik & Bending Pendahuluan Material komposit memberikan suatu pengertian yang sangat luas dan berbeda-beda mengikuti situasi dan perkembangan bahan itu sendiri. Gabungan dua atau lebih bahan merupakan suatu konsep yang diperkenalkan untuk menerangkan definisi komposit. Walaupun demikian defenisi ini terlalu umum karena komposit ini mencakup semua bahan termasuk plastik yang diperkuat dengan serat, logam alloy, keramik, polimer, plastik berpengisi atau apa saja campuran dua bahan atau lebih untuk mendapatkan suatu bahan yang baru. Penelitan tentang komposit berbasis serat sangat beragam. Mulai dari variasi jenis matrik dan serat, jenis anyaman hingga bahan dasar matrik maupun serat. Penelitian juga berkembang dengan penggunaan bahan serat alam untuk beberapa variasi matrik sintetis dan alami. Komposit dengan penguat serat alam ini semakin intensif dikembangkan. Ini berkaitan dengan meluasnya penggunaan komposit pada berbagai bidang

kehidupan serta tuntutan penggunaan material yang murah, ringan, sifat mekanik yang kuat dan tidak korosif. Sehingga dapat menjadi bahan alternatif selain logam. Mulai dari yang sederhana seperti alat-alat rumah tangga sampai sektor industri baik industri skala kecil maupun industri skala besar. Selain itu juga bahan komposit telah digunakan dalam industri pesawat terbang, otomotif, maupun untuk alat-alat olah raga (Imra, 2009). Keuntungan mendasar yang dimiliki oleh serat alam adalah jumlahnya berlimpah, memiliki cost yang rendah. Dari segi ketersediaan bahan baku serat alam, di propinsi Kalimantan Selatan memiliki bahan baku tumbuhan purun tikus yang cukup melimpah. Data Dinas Perindustrian Perdagangan dan Penanaman Modal (Disperindag dan PM) Barito Kuala pada tahun 2006 persebaran jenis tumbuhan purun mencapai ± 713 Ha, meliputi purun danau ±641 Ha dan purun tikus ± 72 Ha. (Rahadi, 2007) Serat Purun Tikus (Eleocharis Dulcis) merupakan salah satu material natural fibre alternative.

Material 45

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 Dalam pembuatan komposit secara ilmiah, penggunaan material komposit dengan bahan tersebut pemanfaatannya belum ada, sehingga komposit ini diharapkan mampu memberi nilai tambah secara ekonomi. Gambar no 1 Tumbuhan Purun Tikus

Gambar 1. Tumbuhan Purun Tikus (Astuti, 2008)

Tujuan untuk memperoleh sifat mekanik yang tinggi (kekuatan tarik, dan kekuatan bending), maka serat alam biasanya diberi bermacam perlakuan, yang dimaksudkan untuk meningkatkan sifat adhesif. Adhesif adalah kelekatan permukaan antarmuka dari unsur-unsur disatukan. Antar muka pada komposit adalah satu permukaan yang dibentuk ikatan bersama antara serat dan matrik yang membentuk ikatan perantaraan yang diperlukan untuk pemindahan beban. Komposit memiliki sifat fisik dan mekanik yang unik, yang tidak mungkin dihasilkan oleh serat atau matrik saja (Khalil, 2004). Serat purun tikus sebagai elemen penguat sangat menentukan sifat mekanik dari komposit karena meneruskan beban yang didistribusikan oleh matrik. Sifat mekanis komposit sangat dipengaruhi oleh satu arah serat purun tikus yang dikombinasi dengan polyester sebagai matrik, dapat menghasilkan komposit alternatif. Komposit alternatif dengan lama perlakuan alkali (NaOH). Diharapkan dapat menghasilkan sifat mekanik komposit yang maksimal. Berdasarkan uraian diatas, bahwa fraksi volume serat menjadi suatu permasalahan untuk mendapat sifat mekanik yang maksimal pada komposit alternatif berbahan purun tikus. Dari latar belakang di atas, dapat diperoleh pokok permasalahan, yaitu : Bagaimana upaya peningkatan mekanik komposit serat purun tikus (eleocharis dulcis) perlakuan Naoh bermatrik Polyester dengan fraksi volume. Referensi Literatur Kosjoko, 2011, Pengaruh waktu perlakuan kalium permanganate (KMnO4) terhadap sifat mekanik komposit serat purun tikus (eleocharis dulcis) Lama waktu perlakuan kalium permanganate (KMnO4) dan penggunaan orientasi gabungan arah serat menjadi permasalahan untuk mendapat sifat mekanik yang maksimal pada komposit serat purun tikus. Tujuan dari penelitian, pembuatan komposit berbahan dasar matrik polyester type157BTQN yang diperkuat dengan serat alam Purun Tikus (Eleocharis Dulcis), dengan perlakuan perendaman 2% KMnO4, per 1 liter aquades selama 15 menit dan 30 menit, untuk mengetahui sifat

mekanik komposit terhadap kekuatan tarik dan kekuatan Lentur dengan variasi fraksi volume serat 20%,30%, dan 40%. Uji tarik Fraksi Vuolume 40 % perlakuan 30 menit sebesar 41.07 N/mm2. Uji Bending dengan Fraksi volume 40 % selama 30 menit sebesar80.88 N/mm2. Kuncoro, 2009, Permasalahan yang dihadapi : ”bagaimana meningkatkan ikatan (mechanical bonding) antara serat dan matrik (perekat)” Methode yang digunakan : Serat rami yang masih mengandung lignin dan kotoran tersebut dibersihkan dengan menggunakan air. Serat yang sudah bersih direndam di dalam larutan alkali (5% NaOH) dengan variasi waktu perendaman 0, 2, 4, dan 6 jam. Hasil yang diperoleh : Berdasarkan data hasil pengujian pada kekuatan pada dan regangan tarik yang paling optimum dimiliki oleh bahan komposit yang diperkuat serat rami dengan perlakuan alkali 2 jam. Modulus elastisitas komposit semakin meningkat seiring dengan penambahan waktu perlakuan alkali serat rami. Putu, 2007, Permasalahan yang dihadapi : Peneliti ingin mendapatkan serat tapis kelapa yang kuat, untuk dijadikan bahan komposit yang bermatrik epoxy. Metode yang digunakan : Dengan membandingkan perlakuan peredaman menggunakan bahan kimia NaOH dan KMno4 dengan prosentasi masing – masing 0,5%, 1% dan 2% selama 15 menit. Hasil yang diperoleh, sifat mekanik komposit dengan KMno4 memberi efek lebih baik dibanding dengan NaOH. Material komposit merupakan material non logam yang saat ini semakin banyak digunakan mengingat kebutuhan material disamping memprioritaskan sifat mekanik juga dibutuhkan sifat lain yang lebih baik misalnya ringan, tahan korosi dan ramah lingkungan. Dengan demikian pengembangan material berbasis alam saat ini sedang gencar diteliti, agar dapat menggantikan material yang umum digunakan seperti logam yang bersifat korosif dan relatif berat. Komposit adalah suatu material yang terdiri dari campuran atau kombinasi dua atau lebih material baik secara mikro atau makro, dimana sifat material yang tersebut berbeda bentuk dan komposisi kimia dari zat asalnya (Smith, 1996). Pendapat lain mengatakan bahwa komposit adalah sebuah kombinasi material yang berfasa padat yang terdiri dari dua atau lebih material secara skala makroskopik yang mempunyai kualitas lebih baik dari material pembentuknya (Imra, 2009; Jacob, 1994). Secara umum material komposit dapat diklasifikasikan atas tiga macam yaitu, Metal Matrix Composites (MMCs), Polymer Matrix Composites (PMCs) dan Ceramics Matrix Coposites (CMCs) (Imra, 2009; Jacob, 1994). Perbedaan ketiganya adalah matrik yang digunakan sesuai dengan namanya yaitu matrik logam, polimer, dan keramik. MMCs yang umum digunakan adalah aluminium paduan dengan fiber boron atau Silicon Carbide, sedangkan PMCs yang umum digunakan adalah polimer dari jenis thermosetting. Untuk CMCs

Material 45

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 biasanya digunakan Si3N4 dan Al2O3. Proses Cetakan Terbuka (Open-Mold Process). Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui tegangan, kekuatan sampai putus. Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik (gambar. 2) testing standar.(Standar ASTM D638-03). Hal-hal yang mempengaruhi kekuatan tarik komposit antara lain : (Surdia, 1995). ζ= ...............(1) Catatan: P = beban (N) A = luas penampang (m2) ζ = tegangan

Gambar. 2 Mesin Uji Tarik (Laboratorium material Univ. Unmuh Jember)

Gambar 3. Standar Pengujian Bending ASTM D790 (Calliester, 2007)

3PL σ  b 2bh 2

1. Serat purun tikus (Eleocharis dulcis) yang terdapat di Kalimatan Selatan, 2. Matrik yang digunakan adalah polyester 3. Material yang digunakan adalah serat purun tikus (Eleocharis dulcis) sebagai filler dengan persentasi fraksi Volume serat 20%, 30%, 40%, menggunakan metode hand lay up dengan orientasi satu arah serat perlakuan perendaman NaOH, 120 menit 4. Perlakuan alkali (NaOH) 5% per 1 liter aquades secara peredaman 120 menit bermatrik polyester, 5. Pengujian sifat mekanik yang dilakukan adalah pengujian tarik (ASTM D638-03). Dan uji bending ASTM 790-03. . Ini dimaksudkan untuk meningkatkan sifat adhesif. Proses waktu perlakuan memberikan pengaruh terhadap permukaan serat, lamanya waktu akan membuat permukaan serat semakin bersih dan permukaan serat menjadi lebih kasar sehingga ikatan serat dengan matrik akan semakin baik (lebih adhesif), meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan lentur, dari komposit yang dibentuknya. Kemudian dengan orientasi arah serat 0° dan 90° diharapkan dapat meningkatkan sifat mekanik yang diharapkan. Spesimen dicetak dengan metode Proses Cetakan Tertutup (Closed mold Processes). Hasil cetakan berupa spesimen uji dilakukan pengujian mekanik berupa uji bending dan tarik sehingga didapatkan hasil sifat mekanik komposit orientasi arah serat 0° dan 90° purun tikus (Eleocharis dulcis) bermatrik polyester yang lebih baik dan berdaya guna tinggi. 1. Serat purun tikus (Eleocharis dulcis) yang terdapat di Kalimatan Selatan, 2. Matrik yang digunakan adalah polyester 3. Material yang digunakan adalah serat purun tikus (Eleocharis dulcis) sebagai filler dengan persentasi fraksi Volume serat 20%, 30%, 40%, menggunakan

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

ζb = Tegangan lentur (MPa) P = Beban /Load (N) L = Panjang Span / Support span (mm) b = Lebar/ Width (mm) h = Tebal / Depth (mm) Metode penelitian Material 45

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

metode hand lay up dengan orientasi satu arah serat perlakuan perendaman NaOH, 120 menit 4. Perlakuan alkali (NaOH) 5% per 1 liter aquades secara peredaman 120 menit bermatrik polyester, 5. Pengujian sifat mekanik yang dilakukan adalah pengujian tarik (ASTM D638-03). Dan uji bending ASTM 790-03. Penelitian dilakukan di laboratorium material Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Jember. Rencana penelitian dilakukan pada bulan Mei Juni 2015

diperlakukan NaOH dengan fraksi volume, dalam penelitian ini dipilih fraksi volume 20%, 30%, dan 40% serat. Pengujian ini dilakuakan hanya ingin mengetahui apakah ada perubahan terhadap kekuatan tarik. Karana untuk material purun tikus merupakan material yang masih baru untuk dijadikan komposit saat ini, bila di bandingkan dengan material serat yang lain seperti, serabut kelapa, rami, serat pelepah pisang, serat daun nanas, pandan semak dan masih banyak lagi yang lainnya. Penelitian ini bertujuan, ingin mengetahui kekuatan tarik material komposit serat purun tikus yang hingga saat ini belum banyak yang meneliti. Tabel 1 Hasil uji Tarik Komposit Serat Purun Tikus Rata rata

No 1.

2.

3.

4.

5. 6.

7.

Matrik dicampur dengan hardener dengan perbandingan 10 mg hardener per 1 kg matrik polyester. Kemudian dilakukan pengadukan selama 5 menit agar campuran matrik dan hardener merata, Kemudian campuran tersebut dituangkan secara merata sebagai lapisan pertama cetakan Lakukan pembersihan terhadap void hingga void berkurang dan tidak terdapat void yang secara visual diameternya tidak lebih dari 1 mm Letakan serat purun tikus dengan, sebagai lapisan ke dua, tuang campuran Polyester-Hardener sampai cetakan penuh. Lakukan pembersihan void seperti langkah no. 4. Keringkan komposit pada suhu kamar selama ± 48 jam. Setelah benar-benar kering, keluarkan komposit dari cetakan. Lakukan pengamatan atau pada komposit terhadap ada tidaknya void yang terjadi dengan cara menerawang lembaran komposit. Diameternya tidak lebih dari 1 mm. Void tidak boleh mengumpul pada suatu tempat (radius jarak antar void yang diijinkan adalah 1 cm)

1 2

Perlakuan/tanpa Perlakuan Tanpa Perlakuan Diperlakuan Alkali

Fraksi Volume 20% 17.5 kN

Fraksi Volume 30% 16.1 kN

Fraksi Volume 40% 14.6 kN

32.7 kN

38.7 kN

42.1 kN

Serat Purun Tikus Perlakuan & 60 Tanpa Perlakuan T a 40 U r j i 20 i k … 0

32,7

38,7

42,1

17,5

16,1

14,6

1

2

3

Keterangan 1 = Warna Hijau Tanpa Perlakuan 2 = Warna Merah diperlakukan Alkali 3 = Fraksi Volume No 1 = 20 %, 2 = 30%, 3 = 40% Gambar:4. Grafik hubungan kekuatan tarik rata rata dan fraksi vulome serat Purun Tikus perlakuan alkali 120 menit & tanpa perlakuan NaOH

8. Pengujian Bending juga dilakukan pada komposit yang dibuat dengan serat tanpa perlakuan dan komposit dengan serat mengalami perlakuan 5% NaOH untuk perlakuan perendaman selama 120 menit dengan proses pembuatan komposit dengan fraksi volume 20%, 30 dan 40% serat purun tikus.

PEMBAHASAN Pengujian tarik dilakukan pada komposit yang dibuat dengan serat tanpa perlakuan, dan komposit dengan serat mengalami perlakuan 5% NaOH selama 120 menit, dengan proses pembuatan komposit fraksi volume yang berbeda 20%, 30% dan 40%. Tabel 3.1 menunjukkan hasil pengujian yang diperoleh dari tiga buah spesimen untuk masing-masing perlakuan. Beberapa informasi hasil pengujian tarik yang dilakukan di laboratorium material Unmuh Jember, dapat dilihat pada lampiran. Pengujian fraksi volume serat purun tikus hanya dilakukan untuk serat tanpa perlakuan dan

Kekuatan bending merupakan kekuatan komposit menahan tegangan normal akibat momen lentur pada batang uji, tegangan terbesar akan berada pada permukaan tengah bawah spesimen. Tabel 1.2 menunjukkan hasil pengujian bending yang diperoleh dari tiga spesimen untuk masing-masing komposit dengan lama perlakuan NaOH dengan lama perlakuan selama 120 menit, yang berbeda yang berbeda fraksi volume antara lain 20%, 30% dan 40%.

Material 45

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015 sebesar 8,9 kN/mm2

Tabel: 2. Data hasil Pengujian Bending serat Purun Tikus

No

1 2

Perlakuan/tanpa Perlakuan

Fraksi Volume 20%

Fraksi Volume 30%

Fraksi Volume 40%

Tanpa Perlakuan

5,8 kN

5,5 kN

5,3 kN

Diperlakuan Alkali

6,4 kN

7,5 kN

Anonim, 1998, Annual Book ASTM Standar, USA. Budinski K.G. (1995). Engineering Material Properties and Selection,4th, Prentice Hall,Inc A Simon andSchuster Company,USA.

8,9 kN

Heri A. (2010). Pengaruh Lama Waktu Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Mekanik Komposit Serat Pandan Semak (Pandanus Odoratissimus Fiber Reinforced Unsaturated Polyester Composite). Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.

Komposit tanpa perlakuan & 8,9 10 diperlakukan 8 Uji Bending kN/mm2

7,5

6,4 5,8

6

5,5

Referensi

5,3 Imra, Iswandi. (2009). Pengaruh Proses Vakum Dan Variasi Tekanannya Terhadap Sifat Tarik Komposit Serat Alam (Coir Fibre Reinforced Resin Composite). Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang.

4 2 0 1

2

3 Kholil, 2004, Untuk meningkatkan sifat Adhesif, PT Pradnya Paramita. Jakarta.

Keterangan 1. Warna Hijau Komposit serat tanpa di perlakukan 2. Warna Merah Komposit serat diperlakukan 3. Fraksi Volume No 1 = 20 %, 2 = 30%, 3 = 40%

Kosjoko (2011) Pengaruh waktu perlakuan kalium permanganate (KMnO4) terhadap sifat mekanik Komposit Serat Purun Tikus (Eleocharis Dulcis) Jurnal Rekayasa Mesin Vol.2, No.3 (ISSN : 0216 – 468x)

Gambar.5. Grafik hubungan antara kekuatan Bending rata – rata dan fraksi volume serat Purun Tikus diperlakukan & tanpa perlakuan

Kuncoro . KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : *.Komposit serat purun tikus tanpa diperlakukan perendaman menggunakan akali (NaOH), pada fraksi volume 20%, 30% dan 40% yang menunjukan uji tarik dan uji Bending yang paling kuat adalah pada fraksi volume 20% serat. Nilai kekuatan uji tarik sebesar 17,5 kN/mm2 Uji bending sebesar 5,8 kN/mm2 *. Kekuatan tarik dan bending rata – rata serat komposit (fibrous composite) Purun Tikus perlakuan, 5% NaOH selama 120 menit dengan Fraksi volume serat Purun Tikus 40% serat, tebal komposit 6 mm, nilai kekuatan uji tarik sebesar 42,1 kN/mm2 dan uji bending

(2008), Teknik Mesin FT UNSM www.petra.ac.id/-puslit/journals,dir.php? Departemen ID=MES

Mardiana, 2001, Kualitas yang baik untuk tumbuhan purun tikus dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar kerajinan anyaman, Kalsel Putu Lokantaro dan Ngakan Putu Gede Suardana ( 2007). Analisis arah dan perlakuan serat tapis kelapa serta rasio epoxy hardener terhadap sifat fisis dan mekanik komposist tapis kelapa. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CAKRAM Vol. 1 No. 1, (15 – 21) Rahadi, 2007, Penelitian Penyebaran jenis tumbuhan purun Barito kuala Kalsel

Material 45