Bidang Ilmu: Rekayasa
LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN LIMBAH SERAT PATI AREN SEBAGAI MATERIAL KOMPOSIT - POLIESTER
Ketua/Anggota Team: Dr. Ir. Sudarsono, MT 0519025501 Ir. Saiful Huda, MT 0528025602 Ir. Murni Yuniwati, MT. 0511066101 Purnawan, ST., M.Eng 0508106202
Dibiayai oleh: Kopertis Wilayah V DIY Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Nomor : 1142.12/K5/KL/2013, Tanggal 21 Mei 2013
INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND YOGYAKARTA NOVEMBER 2013
i
ii
RINGKASAN Sentra Industri pati aren atau pati onggok
di desa Daleman kecamatan Tulung,
kabupaten Klaten, propinsi Jawa Tengah memproduksi pati aren (onggok) rata-rata 200 ton /tahun, dan menghasilkan limbah berupa serat aren sebanyak 2,19 ton/hari. Sampai saat ini limbah tersebut hanya dibuang ke sungai, sehingga merusak lingkungan dan sangat mengganggu fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan. Dalam mensikapi permasalahan tersebut, upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah tersebut menjadi produk yang dapat dimanfaatkan dan memiliki nilai ekonomis yang menguntungkan bagi masyarakat. Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al., 2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai kekuatan tarik (tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian pula sebaliknya. Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang (purnawan, 2010), dengan demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit
Dalam penelitian ini dicoba memanfaatkan limbah serat aren sebagai bahan baku pembuatan material komposit. Penelitian dilakukan dengan mencampur serat aren dengan resin dan katalisator (hardener), campuran dicetak dengan pengepresan. Pengepresan dilakukan selama dua puluh empat jam. Hasil yang diperoleh diuji kekuatan tarik maupun kekuatan lenturnya, serta diukur densitasnya. Variabel yang dipelajari dalam penelitian ini adalah perbandingan berat resin dan serat aren, ukuran serat aren serta besarnya tekanan untuk proses pengepresan. Dari hasil penelitian diketahui bahwa dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta panjang serat 7 cm, diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek (panjang serat 0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2). Dari hasil uji kelayakan material komposit yaitu dengan membandingkan kuat tekan dan kuat lentur material komposit yang ada di pasaran, ternyata material komposit serat aren memiliki kuat tekan dan kuat lentur yang lebih besar. Berdasarkan hasil penelitian dapat direkomendasikan bahwa material komposit serat aren memiliki kualitas yang lebih baik dari material komposit yang ada di pasaran, sehingga material komposit serat aren dapat iii
dimanfaatkan menjadi bahan perabot rumah tangga bahkan dengan dengan kualitas yang lebih bagus.
iv
PRAKATA Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rakhmat dan karuniaNya kami dapat melakukan penelitian dan menyusun laporan penelitian. Pada kesempatan ini kami mengucapkan banyak terimakasih kepada: 1. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah memberikan kesempatan dan memberikan biaya penelitian ini. 2. Kepada Bapak Rektor dan Kepala LPPM IST AKPRIND Yogyakarta yang telah memberikan dukungan kepada kami untuk mengusulkan dan melakukan penelitian ini. 3. Pihak pihak terkait yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu. Kami sadar akan keterbatasan kemampuan kami, sehingga penelitian dan laporan kami masih jauh dari sempurna. Kritik dan saran sangat kami harapkan untuk menyempunakan hasil penelitian, laporan maupun artikel yang kami rencanakan untuk dimuat dalam jurnali nasional terakreditasi atau internasional.
v
DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL ......................................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................... ii RINGKASAN ....................................................................................................................... iii PRAKATA ............................................................................................................................ v DAFTAR ISI ........................................................................................................................ vi DAFTAR TABEL ................................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ viii DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................... ix BAB I.
PENDAHULUAN .............................................................................................. 1
BAB II.
TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 5
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ........................................................ 16 BAB IV. METODE PENELITIAN .................................................................................... 17 BAB V.
HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 22
BAB VI. RENCANA TAHAP BERIKUTNYA ................................................................. 29 BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 30 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 31 LAMPIRAN ......................................................................................................................... 32
vi
DAFTAR TABEL Tabel 1 . Komponen hasil pengolahan sagu aren..................................................................1 Tabel 2. Pengaruh perbandingan resin /serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit ………………………………………………………….18 Tabel 3. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit……………………………………………………………………….. 26 Tabel 4. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. .28 Tabel 5. Perbandingan kualitas material komposit ………………………………………..29
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Proses pembuatan pati Aren ................................................................................ 1 Gambar 2. Limbah dibuang ke lingkungan dan ke sungai .................................................... 2 Gambar 3. Pohon Aren ........................................................................................................ 5 Gambar 4. Diagram tahapan proses pembuatan tepung sagu aren ........................................ 5 Gambar 5. Struktur Kimia Selulose ...................................................................................... 7 Gambar 6. Diagram pengujian bending (ASTM Standard C1161) ....................................... 10 Gambar 7. Kotak pengujian konduktifitas panas .................................................................. 14 Gambar 8. Diagram alir penelitian ........................................................................................ 17 Gambar 9. Serat Aren .......................................................................................................... 18 Gambar 10. Resin dan katalisator ........................................................................................ 18 Gambar 11. Alat pengepres ................................................................................................... 19 Gambar 12. Uji kuat tekan .................................................................................................... 21 Gambar 13. Uji kuat lentur.................................................................................................... 21 Gambar 14. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat tekan material komposit ............................................................................................................ 22 Gambar 15. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat lentur material komposit ............................................................................................................ 23 Gambar 16. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap densitas material komposit ............................................................................................................ 24 Gambar 17. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan material komposit ....................... 25 Gambar 18. Pengaruh panjang serat terhadap kuat lentur ..................................................... 26 Gambar 19. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan material komposit ....................... 27 Gambar 20. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat lentur material komposit ...................... 27
viii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Kegiatan Penelitian ........................................................................................... 32 Lampiran 2. Susunan organisasi tim peneliti ........................................................................ 35 Lampiran 3. Biodata ketua dan anggota ................................................................................ 36 Lampiran 4. Draft Jurnal ....................................................................................................... 43 Lampiran 5.Draft Seminar..................................................................................................... 54
ix
BAB I. PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang Industri tepung aren (onggok) di Desa Daleman, Kecamatan Tulung, Kabupaten
Klaten, Jawa Tengah merupakan industri andalan penduduk daerah setempat Di Sentra Industri pati aren atau ditengah masyarakat lebih populer dengan pati onggok terdapat 137 pengrajin dengan hasil produksi berupa pati aren (onggok) rata-rata 200 ton /tahun. Untuk pengolahan pati aren akan menghasilkan beberapa komponen : Tabel 1 . Komponen hasil pengolahan sagu aren Komponen Pati Kulit keras Serat Kotoran lain Sumber : Data primer
Jumlah 17 % 25 % 56 % 2%
Dengan melihat komponen yang dihasilkan maka dapat diperhitungkan bahwa dengan produksi rata-rata 200 ton/tahun pati aren maka akan dihasilkan limbah berupa serat sejumlah 659 ton/tahun atau 2,19 ton/hari. Semula limbah dimanfaatkan oleh pabrik jamur, namun setelah industri jamur yang memanfaatkan limbah padat aren mengalami kebangkrutan, pihak industri mengalami kesulitan membuang limbah, sehingga limbah dibuang di bantaran sungai dan di jalan-jalan. Selain mengganggu estetika, limbah juga mulai mengganggu kualitas air setempat dan menurunkan peruntukan fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan.
Ganmbar 1. Proses pembuatan pati Aren
Dengan melihat komponen yang dihasilkan (Tabel 1) terlihat bahwa komponen serat sebagai komponen dominan dan belum termanfaatkan dan sangat berpotensi mencemari lingkungan seperti terlihat pada Gambar 2(a) dan 2(b).
1
(a) (b) Gambar 2. (a) Limbah dibuang ke lingkungan, (b) Limbah dibuang ke sungai
Dalam mensikapi permasalahan yang dihadapi di atas, salah satu upaya adalah melakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah pati aren sebagai material komposit. Diharapkan dengan diketahuinya sifat fisik dan mekanis serta konduktifitas termal dan kemampuan sebagai bahan peredam suara. Material komposit serat pati aren diharapkan dapat digunakan dalam komponen bangunan rumah, peredam panas, peredam suara dan tempat penyimpan bahan. Aplikasi material komposit serat pati aren antara lain untuk membuat meja, ceiling, cold strorage maupun fire wall. Dari hasil penelitian nantinya dapat dihasilkan data-data teknik yang berkenaan dengan pemanfaatan tersebut, sehingga dapat dipertangungjawabkan kegunaannya.
1.2. Urgensi Penelitian Serat aren merupakan limbah dan belum termanfaatkan sehingga apabila dibuang ke sungai akan merusak lingkungan dan menurunkan peruntukan fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan memiliki potensi yang cukup menjanjikan jika diolah dengan baik, penelitian ini mencoba mengangkat potensi limbah serat pati aren untuk dibuat material komposit. Selain alasan utama dari pemilihan serat aren sebagai bahan pembuatan material komposit
adalah agar memiliki nilai tambah dan nilai ekonomi yang lebih tinggi terhadap
limbah sekaligus meminimalisir pencemaran lingkungan, serat aren memenuhi syarat karena memiliki kemampuan ikat terhadap resin yang cukup tinggi. Sehingga jika limbah serat pati aren dibuat material komposit dengan resin sebagai pengikatnya akan dihasilkan sebuah partikel yang mempunyai kekuatan yang relatif lebih baik. Dalam penelitian ini akan dilakukan percobaan pemanfaatan limbah serat sebagai bahan baku pembuatan material komposit dengan
aren
resin sebagai pengikatnya. 2
Penelitian pembuatan material komposit dilakukan dengan variasi rasio resin dengan serat aren, ukuran serat serta tekanan cetak. Pengujian yang akan dilakukan terhadap material komposit serat aren dengan bahan pengikat resin, antara lain sifat fisik dan mekanisnya dan konduktifitas panasnya. Tahapan penelitian akan dilakukan dalam 2 tahun, dengan pembagian sebagai berikut : Tahun Pertama Material komposit limbah serat aren diharapkan dapat digunakan untuk perabotan rumah tangga seperti meja, lemari dan lain sebagainya. Untuk pemanfaatan tersebut material komposit limbah serat aren perlu diketahui kekuatannya. Setelah diketahui kekuatan material komposit yang telah dibuat, maka penelitian ini akan merekomendasikan apakah material komposit yang dibuat itu layak atau tidak, apabila dipergunakan untuk menggantikan bahan yang saat ini sudah banyak dipergunakan. Untuk mengetahui sifat-sifat material komposit serat aren, maka dilakukan pengujian terhadap sifat fisik dan mekanis dari material komposit serat aren,
antara lain: kuat tekan dan kuat lentur material komposit. Untuk menguji
kelayakan material komposit yang dihasilkan, dilakukan uji kualitas pembanding yaitu dengan menguji kuat tekan dan kuat lentur material komposit yang ada di perdagangan terutama
yang
dimanfaatkan
sebagai
perabot
rumah
tangga.
Sehingga
dapat
direkomendasikan kelayakan material komposit hasil penelitian ini terutama untuk perabot rumah tangga. Tahun kedua Material komposit limbah serat aren diharapkan dapat juga digunakan sebagai bahan isolator panas dan peredam suara. Isolator sering kita jumpai pada tempat penyimpanan es dimana isolator panas dipergunakan untuk mencegah panas dari lingkungan tidak masuk ke es yang dapat menyebabkan es cepat mencair. Peredam suara biasa digunakan pada ruang kerja atau auditorium untuk mencegah kebisingan. Untuk pemanfaatan tersebut perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui kondisi proses yang optimal dalam pembuatan material komposit yang akan digunakan sebagai isolator dan peredam suara. Untuk mengetahui kualitas material komposit limbah serat aren tersebut perlu diuji konduktivitas panas serta koefisien redaman terhadap suara. Setelah diketahui kualitas material komposit yang telah dibuat, maka penelitian ini akan merekomendasikan apakah material komposit yang dibuat itu layak atau tidak, apabila dipergunakan untuk menggantikan bahan yang saat ini sudah banyak dipergunakan. Untuk menguji kelayakan material komposit yang dihasilkan, dilakukan uji kualitas pembanding yaitu dengan menguji konduktivitas panas serta koefisien 3
redaman terhadap suara material komposit yang ada di perdagangan. Hasil uji kelayakan tersebut digunakan sebagai dasar untuk dapat direkomendasikan kelayakan material komposit hasil penelitian ini terutama untuk isolator dan peredam suara.
4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tepung Aren Aren (Arenga pinnata Wurmb) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji buahnya terbungkus daging buah.
Gambar 3. Pohon Aren Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan aneka produk makanan, terutama produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Sampai saat ini tepung dari pati batang aren belum dapat disubstitusi. Diagram alir proses pembuatan tepung pati aren dapat dilihat pada Gambar 4. Pohon sagu aren Pemotongan dan pembelahan Penokokan atau pemarutan
limbah padat
Pemerasan
limbah serat (limbah yang diteliti)
Penyaringan
limbah padat
Pengendapan
limbah cair
Pengeringan dan pengemasan Tepung sagu aren (hasil) Gambar 4. Diagram tahapan proses pembuatan tepung sagu aren
5
2.1.1. Selulosa
Selulosa merupakan komponen yang mendominasi karbohidrat yang berasal dari tumbuh-tumbuhan yang mencapai hampir 50%, karena selulosa merupakan unsur struktural dan komponen utama bagian yang terpenting dari dinding sel tumbuh-tumbuhan. Selulosa merupakan β-1,4 poli glukosa, dengan berat molekul sangat besar. Unit ulangan dari polimer selulosa terikat melalui ikatan glikosida yang mengakibatkan struktur selulosa linier. Keteraturan struktur tersebut juga menimbulkan ikatan hidrogen secara intra dan intermolekul Beberapa molekul selulosa akan membentuk mikrofibril dengan diameter 2-20 nm dan panjang 100-40000 nm yang sebagian berupa daerah teratur (kristalin) dan diselingi daerah amorf yang kurang teratur. Beberapa mikrofibril membentuk fibril yang akhirnya menjadi serat selulosa. Selulosa memiliki kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Hal ini berkaitan dengan struktur serat dan kuatnya ikatan hidrogen. Fungsi dasar selulosa adalah untuk menjaga struktur dan kekakuan bagi tanaman. Selulosa bertindak sebagai kerangka untuk memungkinkan tanaman untuk menahan kekuatan mereka dalam berbagai bentuk dan ukuran yang berbeda. Itulah sebabnya dinding sel tanaman kaku dan tidak dapat berubah-berubah bentuk.. Selulose ditemukan dalam tanaman yang dikenal sebagai microfibril dengan diameter 2-20 nm dam panjang 100-40000 nm). Selulosa adalah unsur struktural dan komponen utama dinding sel dari pohon dan tanaman tinggi lainnya. Senyawa ini juga dijumpai dalam tumbuhan rendah seperti paku, lumut, ganggang, dan jamur. Selulosa ditemukan di diinding sel, karena merupakan komponen utama dinding sel tanaman. Secara kimia, selulosa merupakan senyawa polisakarida dengan bobot molekulnya tinggi, strukturnya teratur yang merupakan polimer yang linear terdiri dari unit ulangan β-DGlukopiranosa. Karakteristik selulosa antara lain muncul karena adanya struktur kristalin dan amorf serta pembentukan mikro fibril dan fibril yang pada akhirnya menjadi serat selulosa. Sifat selulosa sebagai polimer tercermin dari bobot molekul rata-rata, polidispersitas dan konfigurasi rantainya Untuk struktur kimia selulosa terdiri dari unsur C, O, H yang membentuk rumus molekul (C6H10O5)n ,dengan ikatan molekulnya ikatan hidrogen yang sangat erat (Gambar 5).
6
Gambar 5. Struktur Kimia Selulose Dalam pembentukannya, tanaman membuat selulosa dari glukosa, yang merupakan bentuk yang paling sederhana dan paling umum karbohidrat yang ditemukan dalam tanaman. Glukosa terbentuk melalui proses fotosintesis dan digunakan untuk energi atau dapat disimpan sebagai pati yang akan digunakan kemudian. Selulosa dibuat dengan menghubungkan unit sederhana banyak glukosa bersama-sama untuk menciptakan efek simpang siur rantai panjang, membentuk molekul panjang yang digunakan untuk membangun dinding sel tanaman. Lignoselulosa yang berasal dari kayu dan nonkayu (bambu, sisal, kenaf, rami, abaka, sabut, kelapa, dan lain-lain) merupakan bahan yang sangat melimpah keberadaannya di muka bumi. Bahan serat ini dapat diproses lebih lanjut menjadi mikrofibril selulosa yang mempunyai diameter kurang dari 100 nm. Serat nano mempunyai sifat-sifat yang khas seperti sangat kuat, rasio permukaan terhadap volume yang besar dan sangat porous. Sifat sifat tersebut membuat serat nano merupakan bahan yang sangat menjanjikan untuk industry komposit, bahan otomotif, pulp dan kertas, elektronik, dan industri lainnya. Serat alam berlignoselulosa yang berasal dari sumber daya alam terbarui seperti kayu dan non-kayu (bambu, sisal, kenaf, rami, dan lain lain) merupakan bahan baku terbesar ketersediaannya di muka bumi. Sebagai komponen penguat di dalam material komposit, serat alam ini mempunyai keunggulan antara lain sifatnya yang dapat diperbarui, dapat didaur ulang serta dapat terbiodegradasi di lingkungan (Zimmermann et al., 2004). Selain itu, serat alam mempunyai sifat mekanik yang baik dan lebih murah dibandingkan dengan serat sintetik. Dilain pihak serat alam memiliki kelemahan terutama kemudahannya menyerap air, kualitas yang tidak seragam, serta memiliki kestabilan yang rendah terhadap panas (Oksman et al., 2003). Penelitian serat alam non kayu sebagai bahan penguat polimer telah banyak diteliti. Serat sisal telah dimanfaatkan sebagai bahan otomotif di Afrika Selatan, serat kelapa di Brazil, dan serat abaka di Philipina. Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al., 2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai
7
kekuatan tarik (tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian pula sebaliknya. Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang (purnawan, 2010), dengan demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit
2.2.
Tinjauan Resin Resin adalah bahan polimer, dalam komposit sebagai matrik. Resin sebagai matrik
mempunyai fungsi sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi kekuatan pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi (Hyer W Michael). Resin thermoset adalah tipe sistem matrik yang paling umum dipakai sebagai material komposit. Mereka menjadi populer penggunaannya dalam komposit dengan sejumlah alasan, mempunyai kekentalan leleh yang rendah, kemampuan interaksi dengan serat yang bagus dan membutuhkan suhu kerja yang relatif rendah. Selain itu mempunyai harga yang lebih rendah dari pada resin thermoplastis. Resin epoksi yang paling umum, berdasar pada reaksi dari epichlorohydrin dan bispenol A. Karakter dari produksi rantai epoksi kemampuan proses dan derajat garis yang melintang. Pembuatan dari jaringan epoksi yang sangat bagus, dengan cara menambahkan katalis yang akan bereaksi dengan epoksi dan akan bereaksi dengan baik dengan struktur jaringan. Maka, kemampuan mekanik dari epoksi tergantung dari tipe katalis yang digunakan. Asam anhydrides dan amino multi fungsi adalah yang paling sering digunakan. Amino aliphatic akan mempercepat waktu pengeringan, dimana aromanya tidak begitu menyengat akan tetapi dapat memberi hasil yang lebih baik pada temperatur transisi kaca. Untuk pengeringan epoksi dengan temperatur 121°C, dicyandiamide (dicy) digunakan sebagai katalis. Umumnya pengeringan epoksi pada suhu 1770C menggunakan katalis yang berbasis pada tetraglycidy derivative (Hyer W Michael). Pada saat katalis dan epoksi dicampur, resin cair akan dijadikan padat dengan dengan menggunakan panas dari reaksi kimia eksoterm.
2.3.
Pengertian Dasar Komposit Material komposit dari resin dan yang dibuat dalam penelitian ini, adalah termasuk
komposit. Definisi komposit adalah : Sebuah sistem material yang tersusun atas campuran atau kombinasi dari dua atau lebih partikel mikro maupun makro yang berbeda bentuk
8
maupun komposisi kimianya yang terikat secara erat satu dengan yang lain. (Smith, F William). Dalam dunia teknik komposit dijelaskan sebagai kombinasi dua atau lebih material yang bersama- sama membentuk suatu komposit yang kualitasnya jauh lebih baik daripada material penyusunnya. Secara umum, komposit terdiri dari dua bagian, yaitu: serat dan pengikat. Sedangkan pengikat mempunyai fungsi sebagai berikut : 1. Fungsi Ikatan Yaitu fungsi pengikat yang menyatukan serat-serat dalam komposit, sehingga seratserat tersebut tidak tercerai berai dan merupakan satu kesatuan yang utuh. 2. Fungsi Distributor Selain mengikat serat dalam komposit, pengikat juga berperan dalam menyebarkan dan meratakan gaya yang harus dilayani oleh komposit ke seluruh permukaan komposit. 3. Fungsi Pelindung Resin dalam komposit juga berfungsi sebagai pelindung serat-serat dari interaksinya dengan lingkungan. Keunggulan lain yang dimiliki oleh komposit adalah keuntungannya dalam hal bobot. Bobot komposit jauh lebih ringan daripada material teknik lain atau baja pada khususnya. Banyak desain konstruksi memiliki syarat selain harus kuat, juga harus ringan. Selain yang tersebut diatas, komposit juga memiliki ketahanan korosi yang cukup jauh diatas material dari logam. Ketahanan terhadap korosi yang sangat baik ini, memungkinkan komposit melakukan lebih lama tugas yang tidak bisa dilakukan oleh material dari logam. Keunggulan lain dari komposit adalah bersifat isolator yang baik dan juga harga relatif lebih terjangkau.
2.4. Kekuatan Ikatan Internal (Internal Bond Strength) Kekuatan tarik tegak lurus terhadap permukaan diukur untuk melihat ketahanan bahan ditarik dengan arah tegak lurus permukaannya. Benda uji seluas 50 mm persegi ditempelkan dengan lem pada blok pembebanan dari baja atau paduan aluminium dengan dimensi yang sama. Kekuatan ikatan internal adalah sifat yang penting dari papan komposit, dihitung dengan cara berikut: IB =
P ……………………………………..(2) bL
dimana 9
IB = Internal Bond (ikatan internal), kPa P = beban maksimum, N b = lebar benda uji, mm L = panjang benda uji, mm
2.5. Modulus Elastisitas (MOE) dan Modulus Pecah (MOR) Untuk mendapatkan modulus elastisitas (modulus of elasticity, MOE) dan modulus pecah (modulus of rupture, MOR) digunakan pengujian lengkung statik (static bending test). Pada penelitian ini menggunakan Three Point Bending Test. Dengan diagram pengujian seperti berikut ini : F
L/2
F/2
F/2
L
Gambar 6. Diagram pengujian bending (ASTM Standard C1161).
Sifat ini dijabarkan dari kemiringan (slope) dari porsi garis lurus dari kurva lengkungan beban (P1/Y1). MOE dihitung dengan formula berikut:
(P L ) 3
MOE =
1
(4bd Y ) …………………………………(3) 3
1
dimana MOE = kekakuan (muncul sebagai modulus elastisitas), kPa P1 = beban pada batas proporsional, N L = panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji b = lebar benda uji, mm d = tebal benda uji, mm Y1 = titik pusat kelengkungan pada batas proporsional, mm Modulus pecah (modulus of rupture, MOR) menjadi pengukuran yang umum dari kekuatan lengkung komposit papan. MOR adalah tegangan lengkung puncak dari suatu bahan dalam lendutan (flexure) atau lengkungan (bending), dan sering digunakan untuk membandingkan satu bahan dengan yang lain. 10
MOR =
3PL ……………………………..…….(4) 2bd 2
dimana MOR = Modulus of Rupture, kPa P = beban maksimum, N L = panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji b = lebar benda uji, mm d = tebal benda uji, mm
2.6. Kandungan Air (Moisture Content) Kandungan air rata-rata dari suatu panel pada waktu proses pengiriman dari pabrik tidak boleh melebihi 10% (berdasarkan berat kering oven) untuk semua tingkatan material komposit. Rata-rata kandungan air dari papan keras seharusnya tidak kurang dari 2% atau tidak boleh lebih 9%. Tiga spesimen seharusnya dipotong dari tempat yang berbeda dalam material komposit dan hasil pengujiannya dirata-ratakan. Pada umumnya, suatu benda uji lebar 76 mm dengan panjang 152 mm dengan ketebalan penuh digunakan untuk mendapatkan dengan akurasi tidak lebih dari ± 0,3% dan berat secara akurat tidak lebih dari ± 0,21%. Berat kering oven dari benda uji yang diperoleh sesudah pengeringan pada 103 ± 2°C sampai berat konstan dicapai. Kandungan air dihitung sebagai berikut: (w − f ) M = 100 …………………………………(5) f dimana M = kandungan air w = berat mula-mula f = berat setelah pengeringan oven
2.7. Pengujian Ketahanan Penyebaran Nyala Api Tingkatan penyebaran nyala api selalu membingungkan dengan tingkat ketahanan terhadap api. Penyebaran nyala api diukur khusus dari karakteristik terbakarnya permukaan suatu bahan. Bahan dengan penyebaran nyala api yang rendah tidak akan membutuhkan peningkatan kinerja dari suatu susunan yang tahan api. Kebutuhan penyebaran nyala api khususnya digunakan sebagai kode untuk penyelesaian interior bahan. Perbedaan tingkat penyebaran nyala api maksimum diijinkan
11
tergantung dari kebutuhan bangunan, lokasi bahan dalam bangunan, dan kehadiran dari penyembur air.
Secara umum, kode penyebaran nyala api diklasifikasikan sebagai
Kelas
Penyebaran Nyala Api
Jangkauan Lokasi
I atau A
0 – 25
dekat keluaran vertikal
II atau B
26 – 75
koridor akses keluar
III atau C
76 – 200
Ruangan dan area lain
Material komposit dari serat aren ini masuk kedalam kelas C penyebaran nyala api. Pengujian penyebaran nyala api didasarkan pada ASTM E-84/UL 723/NFPA 255: "Test for Surface Burning Characteristics of Building Materials". Penyebaran nyala api adalah suatu angka, dihitung dari hasil pengujian, yang menunjukkan laju relatif ketika nyala api akan menyebar menutupi permukaan dari bahan dibandingkan dengan penyebaran nyala api pada papan asbes-semen, dimana lajunya 0 dan pada kayu oak merah dimana lajunya 100. Benda uji disesuaikan dengan dimensi ruang bakar yang tersedia dan diukur laju penyebaran nyala apinya.
2.8.
Perpindahan Kalor (Heat Transfer) Perpindahan kalor adalah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi
karena adanya perbedaan temperatur antara benda atau material. Dimana energi yang dipindahkan dinamakan kalor atau bahang atau panas (Heat). Ilmu perpindahan kalor tidak hanya menjelaskan bagaimana energi kalor itu dipindah-kan dari satu benda ke benda yang lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Kenyataan bahwa disini yang menjadi sasaran analisis ialah masalah laju perpindahan kalor dan kondukivitas termal bahan. Dalam aplikasinya kita mengenal istilah-istilah yang digunakan untuk menyatakan tiga modus perpindahan kalor yaitu: 1. Konduksi atau hantaran 2. Konveksi atau ilian 3. Radiasi atau sinaran Dalam mempelajari ilmu perpindahan panas ada beberapa cabang ilmu untuk membahas hubungan antara panas dan bentuk-bentuk energi lainnya yang disebut 12
termodinamika. Hukum pertama dari asas-asas ini yaitu hukum pertama termodinamika, menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dihilangkan tetapi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Hukum ini mengatur semua perubahan bentuk energi secara kuantitatif tetapi tidak membatasi arah perubahan bentuknya.
2.9.
Konduktivitas Termal Konduktivitas termal merupakan suatu nilai konstanta dari suatu bahan yang memberi
keterangan kemampuan bahan meneruskan panas. Persamaan fourier merupakan persamaan dasar tentang konduktivitas termal, yang mana dengan persamaan tersebut dapat dilakukan perhitungan dalam percobaan untuk menentukan konduktivitas thermal suatu benda. Bahwa jika aliran kalor dinyatakan dalam Watt, satuan untuk konduktivitas termal itu ialah Watt per meter per derajat celsius. Nilai konduktivitas termal menunjukan seberapa cepat kalor mangalir dalam bahan tertentu. Jadi jelas bahwa semakin cepat molekul bergerak, makin cepat pula perpindahan energi yang terjadi. Dalam konduktor yang baik, dimana terdapat elektron bebas yang bergerak didalam struktur kisi suatu bahan, disamping dapat mengangkut muatan listrik dapat juga membawa energi termal dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Konduktivitas kalor yang teliti dari benda padat harus didapatkan melalui pengukuran langsung (eksprimental). Pengaruh dari kontribusi elektron dapat diabaikan. Hal ini mengakibatkan rendahnya konduktivitas kalor pada bahan isolator, dimana materialnya berpori yang dapat mengandung gas atau cairan dalam pori-porinya. Metode pengujian standar berjudul Standard Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus, dan dijabarkan dalam spesifikasi ASTM C177-92 (ASTM, 1994b). Benda uji dengan tebal kurang lebih 25 mm ditempatkan pada setiap sisi dari lempengan panas, dan konduktifitas panas diukur. Konduktifitas pengujian ini rumit karena konduktifitas panas bergantung pada lingkungan dan kondisi peralatan pengujian, sebagaimana formula dan berat jenis kompositnya.
Untuk menentukan nilai konduktifitas termal digunakan persamaan sebagai berikut q = -kA
∂T ∂X
…………………………………....................(6)
dimana: q
= Laju perpindahan kalor (W/m)
∂T = Gradient suhu ( o C )
13
∂X = Arah perpindahan kalor (m)
k
= Konduktivitas atau kehantaran termal (thermal conductivity) benda itu (W/m. o C )
A
= Luas penampang benda (m2) Dalam penelitian ini lingkungan diisolir dengan temperatur dan tekanan tertentu,
untuk lebih jelas lihat Gambar 7.
Gambar 7. Kotak pengujian konduktifitas panas Keterangan : 1. sumber panas yang terukur nilai kalornya 2. ruang isolasi sumber panas 3. lempeng panas (titik pengukuran suhu sumber panas) 4. titik pengukuran suhu pada benda uji (untuk menentukan gradient temperatur. 5. ruang isolasi 6. benda uji (material komposit sekam)
Prosedur pengujian 1. Tempatkan sumber panas pada ruang isolator no.2 2. lakukan pengukuran suhu pada no. 3 dan 4, untuk menentukan gradient temperatur. 3. pengukuran dilakukan masing-masing benda uji.
2.9. Redaman suara Dalam riset ini, untuk menghitung besarnya rasio redaman pelat digunakan bandwidth method. Hal ini didasari oleh karakteristik pelat yang tidak viskos, sehingga logarithmic
14
decrement method kurang tepat jika digunakan di sini. Pengukuran damping dengan bandwidth method pada sistem berderajat kebebasan tunggal Rasio redaman dalam kondisi tersebut di atas dinyatakan dengan persamaan berikut:
ζ = ∆ω/2. Pendeskripsian harga
koefisien absorbsi ini dilakukan dengan 2 metode yaitu metode impedansi dan pengukuran langsung. Nugroho (2010), melaporkan hasil yang didapat secara umum adalah nilai koefisien absorbsi cenderung naik pada frekuensi tinggi. Pada pengujian dengan metode pengukuran langsung nilai koefisien absorbsi pada ketebalan 1 lapis lebih tinggi dari pada ketebalan 2 lapis. Sedangkan pada pengujian dengan metode tabung impedansi nilai koefisien absorbsi pada tiap-tiap ketebalan cenderung sama dan lebih tinggi dari pada metode pengukuran langsung. (Dharmantya, 2010) Tingkat serapan bunyi yang dihasilkan oleh masing-masing produk berbedabeda,dipengaruhi oleh kerapatan massa dan pori-pori udara pada produk tersebut, karena dalam peredam suara. nilai redaman pada frekuensi 1000 Hz lebih tinggi dibanding frekuensi dibawahnya., pada frekuensi 1000 Hz dengan metoda tabung impedansi, nilai koefisien penyerapannya mencapai 0,9, dmana nilai itu mendekati sempurna, yaitu satu.
15
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1.
Tujuan Penelitian
1. Untuk memanfaatkan limbah serat aren yang belum termanfaatkan, menjadi bahan teknik, agar memiliki nilai tambah dan nilai ekonomi yang lebih tinggi. 2. Untuk mengetahui sifat fisik dan mekanis material komposit serat aren berpengikat resin dengan berbagai komposisi campuran, panjang serat serta pengaruh kekuatan tekan pada pengepresan. 3. Untuk mengetahui kemampuan terhadap isolator panas dan kemampuan meredam suara. 4.
Kelayakan pengggunaan material komposit serat aren untuk digunakan antara lain sebagai meja (bahan furnitur), tempat penyimpanan dingin (cold strorage) dan dinding pelapis peredam suara dalam ruangan.
3.2.
Manfaat Penelitian
1. Limbah serat aren dapat dimanfaatkan menjadi material komposit, sehingga permasalahan pencemaran lingkungan di sentra industri soun dapat diatasi. 2. Dari hasil penelitian ini akan dapat diketahui perbandingan serat dan resin, ukuran serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan material komposit, untuk menghasilkan material komposit yang memiliki kualitas terbaik. Selain itu akan dapat diketahui kualitas material komposit dari serat aren ini bila dibandingkan dengan material komposit lain yang ada di pasaran.
16
BAB IV. METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian. Dalam penelitian ini dilakukan penelitian dalam tiga tahapan, sesuai dengan tahapan penjadwalan penelitian : 1.
Tahun pertama meneliti sifat fisik dan mekanis material komposit.
2.
Tahun kedua meneliti sifat konduktifitas termal dan faktor redaman material komposit.
Berikut ini diagram alir penelitian sifat fisik, mekanis dan konduktifitas termal: Mulai Serat aren pembersihan
Pembentukan plat komposit serat aren variasi rasio bahan baku, ukuran serat, tekanan cetak Pengujian sifat fisis dan mekanis
Pegujian konduktifitas termal
Pembuatan prototipe furniture
Pengujian faktor redaman
Uji Kelayakan
Analisa
kesimpulan
Selesai
Gambar 8. Diagram alir penelitian
17
3.3. Bahan Penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah 1. Serat aren yang diproleh dari Sentra industri pati aren di desa Daleman, kecamatan Tulung, kabupaten Klaten, Jawa Tengah. 2. Resin 3. Katalisator (hardener)
Gambar 9. Serat Aren
Gambar 10. Resin dan katalisator
18
3.4. Alat Penelitian Alat yang digunakan merupakan rangkaian alat pengepres yang dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Alat pengepres
3.5. Prosedur Penelitian Bahan serat aren dicampur dengan resin dengan perbandingan tertentu dan ditambahkan
katalis (untuk mempercepat pengerasan). Pencam-puran dilakukan dengan
pengadukan hingga homogen. Campuran yang telah homogen dimasukkan ke dalam pencetak yang terbuat dari baja, kemudian dilakukan pengepresan dengan menggunakan mesin press selama 24 jam. Setelah pengepresan didiamkan beberapa saat agar material komposit mengeras, setelah itu material komposit dilepas dari cetakan. Dilakukan pengujian sifat fisis dan sifat mekanis dari material komposit yang dihasilkan. Penelitian dilakukan dengan variabel perbandingan resin dengan serat, panjang serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan. Pengolahan data dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh variabel variabbel tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis material komposit yang dihasilkan. Dari penelitian tersebut diharapkan dapat diketahui cara pembuatan material komposit, perbandingan bahan, panjang serat serta kekuatan tekan yang baik untuk memperoleh material komposit dengan kualitas yang baik.Untuk mengetahui kualitas material komposit, dilakukan juga uji fisis dan mekanis terhadap material komposit sejenis yang ada di pasaran.
19
3.2. Pembuatan Material komposit a)
Bahan serat aren dicampur dengan resin dan ditambahkan katalis (untuk mempercepat pengerasan). Perbandingan berat serat aren dengan resin 1:1, :2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6; 1:8; 1:9, 1:10. Perbandingan resin dan katalis tetap (10:1). Pencampuran dilakukan hingga homogen dengan menggunakan mesin pengaduk.
b)
Campuran yang telah homogen dilakukan pengepresan dengan menggunakan mesin press.
c)
Setelah pengepresan didiamkan beberapa saat agar material komposit mengeras, setelah itu material komposit dilepas dari cetakan.
d)
Dilakukan pengujian sifat fisis dan sifat mekanis dari material komposit yang dihasilkan.
e)
Dengan cara yang sama seperti di atas, dilakukan penelitian dengan variabel panjang serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan.
f)
Pengolahan data dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh variabel variabbel tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis material komposit yang dihasilkan.
g)
Dari penelitian tersebut diharapkan dapat diketahui cara pembuatan material komposit, perbandingan bahan, panjang serat serta kekuatan tekan yang baik untuk memperoleh material komposit dengan kualitas yang baik.
h)
Untuk mengetahui kualitas material komposit, dilakukan juga uji fisis dan mekanis terhadap material komposit sejenis yang ada di pasaran.
3.4. Uji kuat tekan. Setiap material komposit yang diahasilkan dengan kondisi proses tertentu, masing masing diukur kuat tekannya menggunakan alat uji kuat tekan yang dapat dilihat pada gambar 12.
20
Gambar 12. Uji kuat tekan
3.5. Uji kuat lentur Setiap material komposit yang diahasilkan dengan kondisi proses tertentu, masing masing diukur kuat tekannya menggunakan alat uji kuat tekan yang dapat dilihat pada gambar 13.
Gambar 13. Uji kuat lentur.
21
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Pengaruh perbandingan resin/serat
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat resin/serat yang divariasikan (3,4,5,6,7,8,9,10), ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat yang digunakan 2 cm dan kuat tekan pada proses pencetakan 70 kg/mm2 Data penelitian dapat dilihat pada tabel 2. dan gambar 14,15 dan 16.
Tabel 2. Pengaruh perbandingan resin /serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. (panjang serat 2 cm, jumlah katalis 10% massa resin, dan tekanan cetak 70 kg/mm2) Ratio berat resin/serat
Densitas (gr/mL)
Kuat tekan (kg/mm2)
Kuat Lentur (kg/mm2)
3
1.2515
0.1055
0.087
4
1.2388
0.1055
0.087
5
1.2306
0.1055
0.11
6
1.2248
0.2587
0.11
7
1.2205
0.316
0.12
8
1.2172
0.3286
0.117
9
1.2146
0.4306
0.106
10
1.2124
0.8836
0.122
Gambar 14. Pengaruh perbandingan resin/serat terhadap kuat tekan material komposit Resin berfungsi sebagai pengikat serat, sehingga semakin banyak resin semakin kuat ikatan serat dalam komposit. Apabila jumlah resin tidak mencukupi, maka daya ikat antara resin dengan serat kurang kuat. Hal ini akan menyebabkan material komposit akan berubah 22
volume (mengembang) setelah keluar dari cetakan. Pada tabel 2 dan gambar 14, dapat diamati bahwa semakin besar perbandingan resin dengan serat semakin besar kuat tekan material komposit, namun tidak diinginkan jumlah resin yang terlalu banyak, karena dalam masalah ini yang utama adalah pemanfaatan serat secara maksimal.
Gambar 15. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat lentur material komposit
Pada gambar 15 dapat diamati bahwa grafik hubungan perbandingan resin dan serat dengan kuat lentur komposit yang dihasilkan, tidak terlalu signifikan, berkisar antara 0,1 hingga 0,2
Gambar 16. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap densitas material komposit
23
Pada gambar 16 dapat dilihat bahwa semakin besar perbandingan resin dan serat maka semakin kecil densitas material komposit yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena densitas serat (1,5gr/cm3) lebih besar dari densitas resin (1,25 gr/cm3), sehingga dengan volume yang sama, semakin besar jumlah resin desitas akan semakin kecil.
Dari hasil penelitian perbandingan resin/serat sebesar 7 adalah kondisi yang optimal, karena dengan pebandingan tersebut diperoleh karakteristik produk yang cukup baik yaitu kuat tekan 0,316 kg/mm2 dan kuat lentur 0,12 kg/mm2 serta densitas 1,22 gr/cm3 dan material komposit tidak mengalami perubahan volume setelah pencetakan, dengan kata lain pemanfaatan serat sudah maksimal, tidak bisa lebih besar lagi.
5.2. Pengaruh panjang serat Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, dan kuat tekan pada pencetakan 70 kg/mm2 Panjang serat yang digunakan divariasikan (0.2, 2, 3, 4, 5, 6, 7 cm). Data penelitian dapat dilihat pada tabel 3 serta gambar 17 dan 18.
Tabel 3. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. (perbandingan resin:serat = 7:1, jumlah katalis 10% massa resin, dan tekanan cetak 70 kg/mm2) Panjang serat, cm 0.2 2 3 4 5 6 7
Densitas gr/cm3 1,22 1,22 1,22 1,22 1,22 1,22 1,22
Kuat tekan, kg/mm2 0.499 0.316 0.3342 0.3221 0.3312 0.3112 0.2683
Kuat lentur kg/mm2 0.117 0.120 0.142 0.141 0.145 0.143 0.149
24
Gambar 17, Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan material komposit. Pada tabel 3 dan gambar 17 dapat diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan semakin kecil kuat tekan material komposit. Hal ini disebabkan serat yang digunakan dalam penelitian ini diambil langsung dari limbah serat aren apa adanya tanpa terlebih dahulu dilakukan penyeragaman orientasi serat, sehingga meskipun serat cukup panjang tetapi tidak lurus atau berbelok-belok sehingga membentuk tumpukan serat yang tebal, tumpukan ini memiliki sifat yang elastis sehingga mengurangi kuat tekan material komposit. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat tekan tinggi sebaiknya dibuat dengan panjang serat yang kecil atau dilakukan pengaturan orientasi serat secara lurus sehingga terbentuk serat yang langsung terikat dengan matrik, tidak menggumpal diantara serat.
25
Gambar 18. Pengaruh panjang serat terhadap kuat lentur
Pada gambar 18, bisa diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan, semakin besar kuat lentur material komposit. Hal ini disebabkan serat memiliki elastisitas yang tinggi, sementara matrik memiliki kekerasan yang tinggi, maka semakin panjang serat akan menjadikan material komposit semakin lentur karena serat akan mengisi matrik pada daerah yang lebih panjang , peningkatan kelenturan ini terjadi karena bagian matrik yang terisi oleh serat akan mengalami penurunan kekerasan dan meningkat kelenturannya/elastisitasnya karena terpengaruh oleh sifat serat, maka semakin panjang serat kelenturan material akan semakin. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat lentur tinggi sebaiknya dibuat dengan serat yang.lebih panjang.
5.3. Pengaruh Tekanan Cetak
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat 2cm dan kuat tekan pada pencetakan divariasikan (50, 60 dan 70 kg/mm2 ). Data penelitian dapat dilihat pada tabel 4. serta gambar 19 dan 20.
26
Tabel 4. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. (perbandingan resin:serat = 7:1, panjang serat 2 cm, jumlah katalis 10% massa resin). Tekanan cetak, kg/mm2 50 60 70
Densitas Kuat tekan, gr/cm3 kg/mm2 1,22 0.4521 1,22 0.2694 1,22 0.4714
Kuat lentur kg/mm2 0.124 0.112 0.109
Gambar 19. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan material komposit.
Gambar 20. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat lentur material komposit. Tekanan saat pencetakan (pembuatan) papan komposit memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat mampu tekan dan kemampuan lentur dari benda uji.
Pada
kemampuan lentur diperoleh hasil dimana semakin besar tekanan pencetakan, kemampuan lenturnya semakin menurun, hal ini disebabkan pada tekanan yang semakin tinggi serat semakin tertekan dan pori-porinya dapat terisi oleh resin sehingga hal ini akan 27
mengakibatkan serat kehilangan sifat elastisnya yang pada gilirannya akan menurunkan sifat lentur dari material komposit, penekanan yang besar juga akan mengakibatkan fraksi volome serat menurun jika dibandingkan dengan volome resin yang juga berakibat pada peningkatan kekerasan material komposit, hal inilah yang kemudian meningkatkan kemampuan tekan dari benda uji (material komposit) 5.4. Kualitas material komposit. Untuk mengetahui kualitas material komposit yang dihasilkan dalam penelitian ini, dilakukan dengan cara membandingkannya dengan material komposit yang ada dalam perdagangan yang dapat dilihat dalam tabel 5.
Tabel 5. Perbandingan kualitas material komposit Material komposit serat aren Kuat tekan maksimal
0,499 kg/mm2
Kuat lentur maksimal
0,149 kg/mm2
Material komposit dalam perdagangan Kuat tekan
0,248 kg/mm2
Kuat lentur
0,082 kg/mm2
Dari hasil pengujian tersebut dapat dilihat bahwa ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran. Material komposit yang ada di pasaran biasa digunakan untuk pembuatan mebel, maka dari uji kualitas tersebut dapat disimpulkan bahwa material komposit serat aren dapat digunakan sebagai bahan pembuat mebel yang lebih kuat, atau dapat digunakan untuk keperluan lain yang memerlukan kekuatan lebih besar.
28
BAB VI. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA Tahun kedua Dari hasil penelitian pada tahun pertama yaitu pemanfaatan serat aren menjadi material komposit untuk keperluan bahan perabot rumah tangga, diperoleh hasil yang cukup memuaskan karena ternyata material komposit yang diperoleh memiliki kualitas yang lebih bagus dari material komposit yang ada di pasaran. Selanjutnya material komposit limbah serat aren diharapkan dapat juga digunakan sebagai bahan isolator panas dan peredam suara. Isolator sering kita jumpai pada tempat penyimpanan es dimana isolator panas dipergunakan untuk mencegah panas dari lingkungan tidak masuk ke es yang dapat menyebabkan es cepat mencair. Peredam suara biasa digunakan pada ruang kerja atau auditorium untuk mencegah kebisingan. Untuk pemanfaatan tersebut perlu dilakukan penelitian yang direncanakan akan dilakukan pada tahun ke dua yaitu untuk mengetahui kondisi proses yang optimal dalam pembuatan material komposit yang akan digunakan sebagai isolator dan peredam suara. Bagaimana pengaruh perbandingan bahan, ukuran bahan , tekanan cetak, serta posisi serat pada material komposit terhadap konduktivitas panas dan koefisien peredaman terhadap suara. Dari data tersebut akan dapat diketahui kondisi proses yang optimal untuk memperoleh hasil material komposit yang paling baik. Produk material komposit diuji kelayakannya dengan dilakukan uji kualitas pembanding yaitu dengan menguji konduktivitas panas serta koefisien redaman terhadap suara, material komposit yang ada di pasaran. Hasil uji kelayakan tersebut digunakan sebagai dasar untuk dapat merekomendasikan kelayakan material komposit hasil penelitian ini terutama untuk isolator dan peredam suara. .
29
BAB VII. KESIMPULAN Dari penelitian yang sudah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Pengaruh perbandingan resin (matrik) dengan serat menunnjukkan bahwa semakin tinggi angka perbandingan resin dengan serat meningkatkan kekuatan tekan dan kekuatan lentur serta menurunkan densitas, sehingga semakin besar angka perbandingan resin dengan serat kualitas material komposit semakin baik. ( sampai batas data yang ada dalam penelitian ini), untuk peningkatan perbandingan selanjutnya perlu dikaji lagi, 2. Panjang serat berpengaruh pada sifat mampu takan dan kelenturan material komposit, semakin panjang serat akan mengakibatkan penurunan kemampuan tekan namun meningkatkan kelenturan. 3. Besar gaya penekanan pada saat pencetakan benda uji berpengaruh pada sifat mampu tekan dan sifat lentur bahan, semakin besar gaya penekanan akan meningkatkan kemampuan tekan tapi sebaliknya akan menurunkan sifat lentur dari bahan. 4. Dari hasil penelitian diketahui bahwa dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta serat yang panjang (7 cm) diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek (0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2) 5. Ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran.
30
DAFTAR PUSTAKA Abe, K., Iwamoto, S., Yano, H. 2007. Obtaining Cellulose Nanofibers with a Uniform Width of 15 nm from Wood. Biomacromolecules 8(10), 3276-3278.
Alemdar, A., Sain. M. 2008. Biocomposites from Wheat Straw Nanofibers: Morphology, Thermal and Mechanical Properties. Composites Science and Technology 68: 557-565
Bisanda, E.T.N. 2000. The Effect of Alkalli Treatment on the Adhesion Characteristics of Sisal Fibers. Applied Composite Materials 7: 331-339
De souza, M.F,dan PS Batista, 2004 “Rice hull – derived silica: Application in portland cement and mullite whiskers”. www.fftc.org
Henriksson, M., Henriksson, G., Berglund, L.A., Lindstorm. T. 2007. An Enviromentally Method for Enzyme Assisted Preparation of Microfibrillated Cellulose (MFC) Nanofibers. European Polymer Journal, 43: 3434-3441
Hyer, W Michael, 1998.,”Stress and analysis of fiber reinforced composite material, Mc Graw Hill International Edition. Nakagaito, A. N., Yano, H. 2004. The Effect of Morphological Changes from Pulp Fiber Towards Nano Sclae Fibrillated Cellulose on the Mechanical Properties of High Strength Plant Fiber Based Composites.Applied Physics A78: 547-552
Nugroho, Rahmat Adi, 2010., Uji Deskripsi Redaman Suara Pada Plat Hasil Pengolahan Limbah Serabut Dan Serbuk Aren Dengan Proses Tekan Cetak 5 Bar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Oksman, K., Skrifvas, M., Selin, J.F. 2003. Natural Fibers as Reinforcement in Polylactid Acid (PLA) Composites. Composites Science Technology, 63: 1317-1324.
Smith F William, 2000 “Principles of Materials And Engineering” 3rd Edition,Mc Graw Hill International Edition. Yoshida, S.; Ohnishi, Y. dan Kitaghisi, K. 2004,. “Soil Science and Plant Nutrition,” Departement of Material Science, Tokyo university of Tokyo, Zimmermann, T., Pohler, E., Geiger, T. 2004. Cellulose Fibrils for Polymer Reinforcement. Advanced Engineering Science, 6(9): 754-761
31
LAMPIRAN Lampiran 1. Kegiatan Penelitian
FOTO KEGIATAN PENELITIAN
Proses pengeringan serat aren
Serat aren kering terpotong
Pemotongan serat aren
Resin dan katalis
32
Proses pencampuran
Proses pencetakan
Proses pengepresan
33
Material komposit hasil
Proses pengujian kuat tekan
Proses pengujian
Proses pengujian kuat lentur
34
Lampiran 2. Susunan organisasi tim peneliti dan pembagian tugas
No
Nama
1
NIDN
Bidang Ilmu
Alokasi Waktu (Jam/ minggu)
Uraian tugas
Dr.Ir.Sudarsono,MT 0519025501
Engineering Materials and Mechanical Engineering
8
2
Ir. Saiful Huda, MT 0528025602
Engineering Materials and Mechanical Engineering
8
3
Ir. Murni Yuniwati, MT.
0511066101
Chemical Engineering
4
4
Purnawan, ST., M.Eng
0508106202
Environment engineering
3
Pelaksana penelitian, Persiapan bahan, pelaksanaan, karakterisasi Pelaksana penelitian, pengujian kekuatan bahan Pengujian karakteristik, studi pustaka Konsultasi Penelitian Studi pustaka , konsultasi
35
Lampiran 3. Biodata Ketua dan Anggota Tim Penelitian
Biodata Ketua A. Identitas Diri 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Nama Lengkap (dengan gelar) Jabatan Fungsional Jabatan Struktural NIP/NIK/Identitas lainnya NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Alamat Rumah
8. 9. 10. 11. 12. 13.
Nomor Telepon/Faks/HP Alamat Kantor Nomor Telepo/Faks Alamat e-mail Lulusan yang Telah Dihasilkan Mata Kuliah yang Diampu
B. Riwayat Pendidikan S-1 Nama Institut Teknologi Perguruan Nasional Malang, Tinggi lulus 1988 Bidang Ilmu Teknk Mesin Judul Skripsi/ Thesis/Disertasi
Dr. Ir. Sudarsono, MT. L/P Lektor Kepala Rektor 88.0255.359 E 05 190255 01 Bojonegoro, 19 Februari 1955 Jl. Pertanian Gg. Salak 26, Banguntapan, Yogakarta. 0274-412345/ Jl. Kalisahak 28 Kompleks Balapan 0274-563029/0274-563847
[email protected] Elemen Mesin I Metalurgi Fisik Elemen Mesin II
S-2 Universitas Indonesia, Jakarta, lulus 1997 Teknik Metalurgi
S-3 UNDIP Semarang lulus 2013 Ilmu Lingkungan
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir 1. Pembuatan Material komposit Berbahan Baku Sabut kelapa dengan Bahan Pengikat Alami ( Jurnal Teknologi ), tahun 2010 2. Pemanfaatan Limbah padat ( Serat ) Industri Pengolahan sagu sebagai Bahan Pembuatan Nitrosellulosa ( Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Lingkungan Hidup di Pasca Sarjana UNDIP ), tahun 2010 3. Oftimasi Penggunaan Serbuk Grafit Sebagai Material Alternatif Proses Metalisasi pada Elektroplating Non Konduktor ( Seminar Industri Service 2011 Universitas Sultan Agung Tirtayasa Cilegon ) 2011
D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun Kegiatan Penyuluhan dan Pelatihan serta Pendampingan Teknologi Pengolahan 2011 Air Bersih dan Air Minum, PP Al Hikmah Gunungkidul, Yogyakarta 36
E. Pengalaman Penulisan Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir 1. Analisis tentang Main Time break Failure seri Bearing 6304 pada crankshaf Gasoline Engine ( Jurnal Teknologi ), tahun 2009 2. Laju Korosi Terkendali terhadap chassis Mitsubishi FE 114 dengan Variasi Quenching ( Jurnal Teknologi TECHNOSCIENTIA 2010 ) 3. Pemanfaatan Limbah padat ( Serat ) Industri Pengolahan sagu sebagai Bahan Pembuatan Nitrosellulosa ( Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Lingkungan Hidup di Pasca Sarjana UNDIP ), tahun 2010 4. Analysis of FSW Weld Made of Aluminium Alloy 6110 ( Prosiding Conference on Material at Departement of Mechanical and Industrial Engeneering Faculty of Engineering Universitas Gajah Mada ), tahun 2011 5. Pengaruh Penggunaan Spontan Power Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin NF 100 D ( Jurnal Teknologi TECHNOSCIENTIA 2011 ) 6. Analisa Perubahan Volume Pada Cylinder Head dan Tinggi lubang Exhaust Terhadap Kenaikan Daya sepeda Motor 2 langkah ( Jurnal Teknologi TECHNOSCIENTIA 2011 ) 7. Utilization of Albizia Wood ( Albiziz Falcata ) and Ramie Fibers as Wind Turbine Propeller Modification of NACA 4415 Startd Airfoil ( Jurnal Internasional ) 2013
F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir 1. Prediksi Aluminium sebagai Pembawa Mn, Cd, As, dan Cr ke dalam Sedimen pada Sistim Aliran Sungai ( Seminar Industri Service 2011 Universitas Sultan Agung Tirtayasa Cilegon ) 2011
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidak sesuaian, saya sanggup menerima resikonya. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi persyaratan sebagai salah satu syarat pengajuan penelitian Hibah Bersaing.
Yogyakarta, 20 Maret 2012 Pengusul
Materai Dr. Ir. Sudarsono, MT
4. Utilization of Albizia Wood (Albizia Falcata) and Ramie Fibers as Wind Turbine Propeller Modification of NACA 4415 Standard Airfoil Elektroplating Non Konduktor ( Jurnal Internasional ) 2013
37
Biodata Anggota 1 A. Identitas Diri 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Nama Lengkap (dengan gelar) Jabatan Fungsional Jabatan Struktural NIP/NIK/Identitas lainnya NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Alamat Rumah Nomor Telepon/Faks/HP Alamat Kantor
10. 11. 12. 13.
Nomor Telepon/Faks Alamat e-mail Lulusan yang Telah Dihasilkan Mata Kuliah yang Diampu
B. Riwayat Pendidikan S-1 Nama Institut Teknologi Perguruan Nasional Malang, Tinggi lulus 1988 Bidang Ilmu Teknk Mesin Judul Skripsi/ Thesis/Disertasi
Ir. Saiful Huda, MT. Lektor Kepala Kepala P3MB 88.0256.361 E 0528025602 Malang, 28 Februari 1956 Babadan, RW 17, RT 21 No. 570 0274 – 581540 / 081578797222 Jl. Kalisahak 28 Komplek Balapan Yogyakarta 0274 – 563029/ 0274 – 563847
[email protected]
L/P
1. Metalurgi Fisik 2. Material Teknik 3. Metalurgi Fisik Lanjut
S-2 S-3 Universitas Indonesia, Jakarta, lulus 1997 Teknik Metalurgi
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir Tahun Judul Penelitian Jabatan 2010 Pengaruh Artificial Aging Terhadap Ketua Laju Korosi Baling-Baling Berbahan Aluminium Pada Motor Tempel Nelayan 2009 Pengaruh Variabel Elektroda Ketua Terhadap Kualitas Hasil Hardfacing Dengan Base Metal EMS 45
Sumber Dana Mandiri
IST Akprind
D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun Kegiatan 2008 Sebagai Juri Kontes Robot di Taman Pintar Yogyakarta 2009 2010
Pelatihan Pengelasan , BKM Pringgo Mukti, Pringgolayan, Gedong Tengen, Yogyakarta Pembuatan Mesin dan Pelatihan Bembuatan Tali dari Serabut Kelapa, 38
2010
2011
Perajin Sabut Kelapa Berdikari, Klegen, Sendangsari, Pengasih , Kulonprogo, Yogyakarta. Projek ESD Pembuatan Kincir Angin Untuk Penggerak Pompa Air Untuk Pengairan Tanaman Petani di Dusun Bogem, Desa Bogem, ,Kecamatan Panjatan, Kulon Progo. Pelatihan Teknologi Informasi dan Komunikasi pada PKK Perumahan Puspa Indah I RT 10/RW 37 , dusun Gedongan, Kelurahan Bangunjiwo, Kecamatan Kasihan Bantul.
E. Pengalaman Penulisan Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun Judul Penelitian Penerbit/Jurnal 2010 Effect of Mn And Cr Elements On Physical and Prosiding Seminar Desember Mechanical Properties In Surface Coating Nasional ISSN : Hardfacing Process 1979-911X 2011 Water Pump with Driver Windmils Poster pada Asia Januari Pacific RCE Confrence Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidak sesuaian, saya sanggup menerima resikonya. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi persyaratan sebagai salah satu syarat pengajuan penelitian Hibah Bersaing.
Yogyakarta, 20 Maret 2012 Pengusul
Materai
Ir. Saiful Huda, MT
39
Biodata Anggota 2 A. Identitas Diri 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Nama Lengkap (dengan gelar) Jabatan Fungsional Jabatan Struktural NIP/NIK/Identitas lainnya NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Alamat Rumah Nomor Telepon/Faks/HP Alamat Kantor
10. 11. 12. 13.
Nomor Telepon/Faks Alamat e-mail Lulusan yang Telah Dihasilkan Mata Kuliah yang Diampu
B. Riwayat Pendidikan S-1 Nama Universitas Gadjah Perguruan Mada, lulus 26 Juni Tinggi 1988 Bidang Ilmu Teknik Kimia Judul Skripsi/ Thesis/Disertasi
Ir. Murni Yuniwati,MT. L/P Lektor Kepala (AK 400) Ketua Jurusan Teknik Kimia 97.1072.526.E 05 110661 01 Banjarnegara, 11 Juni 1961 Tirtonirmolo, Kasihan, Bantul 081578003004 Jl. Kalisahak No. 28 Komplek Balapan Tromol Pos 45 Yogyakarta, 55222 (0274) 563029 / (0274) 563847
[email protected] 1. Azas Teknik Kimia 2. Perpindahan Panas 3. Teknik Reaksi Kimia
S-2 S-3 Universitas Indonesia, Jakarta, lulus 29 September 1999 Teknik Kimia
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir Tahun Judul Penelitian Kinetika Reaksi Hidrolisis Pati Pisang 2011 Tanduk Peningkatan Mutu Produk Keramik dari Lempung Kasongan dengan 2010 Penambahan Bahan Aditif Kombinasi Zeolit dari Gunung Kidul dan Limbah Padat B3 industri Elektroplating 2009 Pengaruh Kondisi Proses pada Ekstraksi Minyak bici Kapuk dalam Usaha Pemanfaatan bici Kapuk sebagai sumber minyak Nabati 2009 Peningkatan Mutu Produk Keramik dari Lempung Kasongan dengan Penambahan Bahan Aditif Kombinasi Zeolit dari Gunung Kidul dan Limbah Padat B3 industri Elektroplating
Jabatan Peneliti Utama Anggota Peneliti
Sumber Dana IST AKPRIND Penelitian Hibah Bersaing (Ditjen Dikti)
Peneliti utama
Penelitian Dosen Muda (Ditjen Dikti)
Anggota Peneliti
Penelitian Hibah Bersaing (Ditjen Dikti)
40
2008 2007
2007
Pemanfaatan Enzim Papain sebagai Penggumpal dalam Pembuatan Keju Optimasi Kondisi Proses Ekstraksi Minyak Biji Pepaya
Peneliti utama Peneliti utama
Kinetika Reaks, Hidrolisis Protein Biji Kecipir dengan Katalisator KOH
Peneliti utama
IST AKPRIND Penelitian Dosen Muda (Ditjen Dikti) IST AKPRIND
D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun Kegiatan Penyuluhan dan Pelatihan serta Pendampingan Teknologi Pengolahan 2011 Air Bersih dan Air Minum, PP Al Hikmah Gunungkidul, Yogyakarta 2010 Pembuatan VCO di Desa Argorejo,Sedayu, Bantul Pembuatan Pupuk Cair dari Limbah Pabrik Spiritus Madukismo, di desa 2009 Tirtonirmolo Kasihan Bantul E. Pengalaman Penulisan Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun Judul Penerbit/Jurnal Agustus Optimasi Kondisi Proses Ekstraksi Technoscientia Vol 1, No 2008 Minyak Biji Pepaya 1,ISSN 1979-8415 Jurnal Fundamental & Aplikasi Kinetika Reaks, Hidrolisis Protein Teknik Kimia EKSTRAK, Mei 2007 Biji Kecipir dengan Katalisator KOH volume 2, No 2, ISSN: 1978077X F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun
Judul Kegiatan
2009
Penyaji dalam seminar hasil penelitian dosen muda
Penyelenggara
Kopertis Wilayah V
Seminar Nasional Aplikasi Sains 2008 Pemakalah Seminar Nasional & Teknologi, IST AKPRIND Yogyakarta Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidak sesuaian, saya sanggup menerima resikonya. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi persyaratan sebagai salah satu syarat pengajuan penelitian Hibah Bersaing. Yogyakarta, 20 Maret 2012 Pengusul
41
Biodata Anggota 3 A. Identitas Diri 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Nama Lengkap (dengan gelar) Jabatan Fungsional Jabatan Struktural NIP/NIK/Identitas lainnya NIDN Tempat dan Tanggal Lahir Alamat Rumah gotan 236 A, RT 0
8. 9.
Nomor Telepon/Faks/HP Alamat Kantor
10. 11. 12. 13.
Nomor Telepon/Faks Alamat e-mail Lulusan yang Telah Dihasilkan Mata Kuliah yang Diampu
Purnawan, ST., M.Eng. L/P Asisten Ahli Sekretaris PSLH 83.1062.190.E 05 081062 02 Yogyakarta, 8 Oktober 1962 Griya Ketawang Permai D-5, Mejing Lor, Gamping, Sleman, Yogyakarta 081578049517 Jl. Kalisahak No. 28 Komplek Balapan Tromol Pos 45 Yogyakarta, 55222 (0274) 563029 / (0274) 563847
[email protected] 1. 2. 3. 4.
Teknik Lingkungan Pengetahuan Struktur Teknologi Daur Ulang Plan Design
B. Riwayat Pendidikan S-1 S-2 S-3 Nama Sekolah Tinggi Universitas Gadjah Perguruan Teknik Mada, lulus tahun Tinggi Lingkungan, lulus 2010 2006 Bidang Ilmu Teknik Lingkungan Teknik Kimia Judul Skripsi/ Thesis/Disertasi C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir a) Pemanfaatan Limbah Serat Industri Sagu Aren Sebagai Bahan Pembuatan Nitrosellulosa b) Pemanfaatan Limbah Serat Industri Tepung Sagu Aren Sebagai Bahan Baku Pembuatan Kertas (Pulp) Dengan Proses Delignifikasi D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun Kegiatan Penyuluhan dan Pelatihan serta Pendampingan Teknologi Pengolahan 2011 Air Bersih dan Air Minum, PP Al Hikmah Gunungkidul, Yogyakarta Yogyakarta, 14 Maret 2012 Pengusul,
Purnawan, ST., M.Eng.
42
Lampiran 5. Draft Jurnal PEMANFAATAN LIMBAH SERAT AREN SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN MATERIAL KOMPOSIT / PAPAN PARTIKEL Sudarsono, Saiful Huda, Murni Yuniwati, Purnawan
Fakultas Teknologi Industri, Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta
[email protected];
[email protected] [email protected];
[email protected] INTISARI Sentra Industri pati aren atau pati onggok di desa Daleman kecamatan Tulung, kabupaten Klaten, propinsi Jawa Tengah memproduksi pati aren (onggok) rata-rata 200 ton /tahun, dan menghasilkan limbah berupa serat aren sebanyak 2,19 ton/hari. Sampai saat ini limbah tersebut hanya dibuang ke sungai, sehingga merusak lingkungan dan sangat mengganggu fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan. Dalam mensikapi permasalahan tersebut, upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah tersebut menjadi produk yang dapat dimanfaatkan dan memiliki nilai ekonomis yang menguntungkan bagi masyarakat. Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al., 2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai kekuatan tarik (tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian pula sebaliknya. Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang (purnawan, 2010), dengan demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit Dalam penelitian ini dicoba memanfaatkan limbah serat aren sebagai bahan baku pembuatan material komposit. Penelitian dilakukan dengan mencampur serat aren dengan resin dan katalisator (hardener), campuran dicetak dengan pengepresan. Pengepresan dilakukan selama dua puluh empat jam. Hasil yang diperoleh diuji kekuatan tarik maupun kekuatan lenturnya, serta diukur densitasnya. Variabel yang dipelajari dalam penelitian ini adalah perbandingan berat resin dan serat aren, ukuran serat aren serta besarnya tekanan untuk proses pengepresan. Dari hasil penelitian diketahui bahwa dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta panjang serat 7 cm, diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek (panjang serat 0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2). Dari hasil uji kelayakan material komposit yaitu dengan membandingkan kuat tekan dan kuat lentur material komposit yang ada di pasaran, ternyata material komposit serat aren memiliki kuat tekan dan kuat lentur yang lebih besar. Berdasarkan hasil penelitian dapat direkomendasikan bahwa material komposit serat aren memiliki kualitas yang lebih baik dari material komposit yang ada di pasaran, sehingga material komposit serat aren dapat dimanfaatkan menjadi bahan perabot rumah tangga bahkan dengan dengan kualitas yang lebih bagus. Kata kunci: Serat, Aren, Komposit
43
PENDAHULUAN Serat aren Aren (Arenga pinnata Wurmb) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji buahnya terbungkus daging buah. Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan aneka produk makanan, terutama produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Sampai saat ini tepung dari pati batang aren belum dapat disubstitusi. Dalam proses pembuatan pati dihasilkan limbah berupa serat aren yang tidak termanfaatkan dan sangat berpotensi mencemari lingkungan seperti terlihat pada Gambar 1(a) dan 1(b).
(a)
(b)
Gambar 1. (a) Limbah dibuang ke lingkungan (b) Limbah dibuang ke sungai
Selulosa Selulosa merupakan komponen yang mendominasi karbohidrat yang berasal dari tumbuh-tumbuhan yang mencapai hampir 50%, karena selulosa merupakan unsur struktural dan komponen utama bagian yang terpenting dari dinding sel tumbuhtumbuhan. Selulosa merupakan β-1,4 poli glukosa, dengan berat molekul sangat besar. Unit ulangan dari polimer selulosa terikat melalui ikatan glikosida yang mengakibatkan struktur selulosa linier. Keteraturan struktur tersebut juga menimbulkan ikatan hidrogen secara intra dan intermolekul Beberapa molekul selulosa akan membentuk mikrofibril dengan diameter 2-20 nm dan panjang 100-40000 nm yang sebagian berupa daerah teratur (kristalin) dan diselingi daerah amorf yang kurang
teratur. Beberapa mikrofibril membentuk fibril yang akhirnya menjadi serat selulosa. Selulosa memiliki kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Hal ini berkaitan dengan struktur serat dan kuatnya ikatan hidrogen. Fungsi dasar selulosa adalah untuk menjaga struktur dan kekakuan bagi tanaman. Selulosa bertindak sebagai kerangka untuk memungkinkan tanaman untuk menahan kekuatan mereka dalam berbagai bentuk dan ukuran yang berbeda. Itulah sebabnya dinding sel tanaman kaku dan tidak dapat berubah-berubah bentuk. Selulose ditemukan dalam tanaman yang dikenal sebagai microfibril dengan diameter 2-20 nm dam panjang 100-40000 nm). Selulosa adalah unsur struktural dan komponen utama dinding sel dari pohon dan tanaman tinggi lainnya. Senyawa ini juga dijumpai dalam tumbuhan rendah seperti paku, lumut, ganggang, dan jamur. Selulosa ditemukan di diinding sel, karena merupakan komponen utama dinding sel tanaman. Secara kimia, selulosa merupakan senyawa polisakarida dengan bobot molekulnya tinggi, strukturnya teratur yang merupakan polimer yang linear terdiri dari unit ulangan β-DGlukopiranosa. Karakteristik selulosa antara lain muncul karena adanya struktur kristalin dan amorf serta pembentukan mikro fibril dan fibril yang pada akhirnya menjadi serat selulosa. Sifat selulosa sebagai polimer tercermin dari bobot molekul rata-rata, polidispersitas dan konfigurasi rantainya Untuk struktur kimia selulosa terdiri dari unsur C, O, H yang membentuk rumus molekul (C6H10O5)n ,dengan ikatan molekulnya ikatan hidrogen yang sangat erat, dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Struktur Kimia Selulose
44
Dalam pembentukannya, tanaman membuat selulosa dari glukosa, yang merupakan bentuk yang paling sederhana dan paling umum karbohidrat yang ditemukan dalam tanaman. Glukosa terbentuk melalui proses fotosintesis dan digunakan untuk energi atau dapat disimpan sebagai pati yang akan digunakan kemudian. Selulosa dibuat dengan menghubung-kan unit sederhana banyak glukosa bersama-sama untuk menciptakan efek simpang siur rantai panjang, membentuk molekul panjang yang digunakan untuk membangun dinding sel tanaman. Lignoselulosa yang berasal dari kayu dan nonkayu (bambu, sisal, kenaf, rami, abaka, sabut, kelapa, dan lain-lain) merupakan bahan yang sangat melimpah keberadaannya di muka bumi. Bahan serat ini dapat diproses lebih lanjut menjadi mikrofibril selulosa yang mempunyai diameter kurang dari 100 nm. Serat nano mempunyai sifat-sifat yang khas seperti sangat kuat, rasio permukaan terhadap volume yang besar dan sangat porous. Sifat sifat tersebut membuat serat nano merupakan bahan yang sangat menjanjikan untuk industry komposit, bahan otomotif, pulp dan kertas, elektronik, dan industri lainnya. Serat alam berlignoselulosa yang berasal dari sumber daya alam terbarui seperti kayu dan non-kayu (bambu, sisal, kenaf, rami, dan lain lain) merupakan bahan baku terbesar ketersediaannya di muka bumi. Sebagai komponen penguat di dalam material komposit, serat alam ini mempunyai keunggulan antara lain sifatnya yang dapat diperbarui, dapat didaur ulang serta dapat terbiodegradasi di lingkungan (Zimmermann et al., 2004). Selain itu, serat alam mempunyai sifat mekanik yang baik dan lebih murah dibandingkan dengan serat sintetik. Dilain pihak serat alam memiliki kelemahan terutama kemudahannya menyerap air, kualitas yang tidak seragam, serta memiliki kestabilan yang rendah terhadap panas (Oksman et al., 2003).
Penelitian serat alam non kayu sebagai bahan penguat polimer telah banyak diteliti. Serat sisal telah dimanfaatkan sebagai bahan otomotif di Afrika Selatan, serat kelapa di Brazil, dan serat abaka di Philipina. Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al., 2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai kekuatan tarik (tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian pula sebaliknya. Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang (purnawan, 2010), dengan demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit.
Resin Resin adalah bahan polimer, dalam komposit sebagai matrik. Resin sebagai matrik mempunyai fungsi sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi kekuatan pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi (Hyer W Michael, 1998 ). Resin thermoset adalah tipe sistem matrik yang paling umum dipakai sebagai material komposit. Mereka menjadi populer penggunaannya dalam komposit dengan sejumlah alasan, mempunyai kekentalan leleh yang rendah, kemampuan interaksi dengan serat yang bagus dan membutuhkan suhu kerja yang relatif rendah. Selain itu mempunyai harga yang lebih rendah dari pada resin thermoplastis. Resin epoksi yang paling umum, berdasar pada reaksi dari epichlorohydrin dan bispenol A. Karakter dari produksi rantai epoksi kemampuan proses dan derajat garis yang melintang. Pembuatan dari jaringan epoksi yang sangat bagus, dengan cara menambahkan katalis yang akan bereaksi dengan epoksi dan akan bereaksi dengan baik dengan struktur jaringan. Maka, kemampuan mekanik dari epoksi 45
tergantung dari tipe katalis yang digunakan. Asam anhydrides dan amino multi fungsi adalah yang paling sering digunakan. Amino aliphatic akan mempercepat waktu pengeringan, dimana aromanya tidak begitu menyengat akan tetapi dapat memberi hasil yang lebih baik pada temperatur transisi kaca. Untuk pengeringan epoksi dengan temperatur 121°C, dicyandiamide (dicy) digunakan sebagai katalis. Umumnya pengeringan epoksi pada suhu 1770C menggunakan katalis yang berbasis pada tetraglycidy derivative (Hyer W Michael, 1998). Pada saat katalis dan epoksi dicampur, resin cair akan dijadikan padat dengan dengan menggunakan panas dari reaksi kimia eksoterm.
Material komposit Material komposit dari resin dan yang dibuat dalam penelitian ini, adalah termasuk material komposit. Definisi komposit adalah : Sebuah sistem material yang tersusun atas campuran atau kombinasi dari dua atau lebih partikel mikro maupun makro yang berbeda bentuk maupun komposisi kimianya yang terikat secara erat satu dengan yang lain. (Smith, F William, 2000). Dalam dunia teknik komposit dijelaskan sebagai kombinasi dua atau lebih material yang bersama- sama membentuk suatu komposit yang kualitasnya jauh lebih baik daripada material penyusunnya. Secara umum, komposit terdiri dari dua bagian, yaitu: serat dan pe-ngikat. Sedangkan pengikat mempu-nyai fungsi sebagai berikut : 1.Fungsi Ikatan Yaitu fungsi pengikat yang menyatukan serat-serat dalam kompo-sit, sehingga serat-
dan meratakan gaya yang harus dilayani oleh komposit ke seluruh permukaan komposit. 3.Fungsi Pelindung Resin dalam komposit juga berfungsi sebagai pelindung serat-serat dari interaksinya dengan lingkungan. Keunggulan lain yang dimiliki oleh komposit adalah keuntungannya dalam hal bobot. Bobot komposit jauh lebih ringan daripada material teknik lain atau baja pada khususnya. Banyak desain konstruksi memiliki syarat selain harus kuat, juga harus ringan. Selain yang tersebut diatas, komposit juga memiliki ketahanan korosi yang cukup jauh diatas material dari logam. Ketahanan terhadap korosi yang sangat baik ini, memungkinkan komposit melakukan lebih lama tugas yang tidak bisa dilakukan oleh material dari logam. Keunggulan lain dari komposit adalah bersifat isolator yang baik dan juga harga relatif lebih terjangkau.
Tujuan Penelitian Mempelajari cara pembuatan material komposit dari limbah yang berupa serat aren, dengan mengamati variabel-variabel yang berpengaruh terhadap karakteristik material komposit serat aren yang dihasilkan (perbandingan bahan, ukuran bahan, besarnya tekanan pada pengepresan), serta membandingkan karakteristik produk material komposit serat aren dengan material komposit yang lain yang ada dalam perdagangan. METODOLOGI PENELITIAN Bahan Penelitian Serat aren, resin, dan katalis yang dapat dilihat pada gambar 2.
serat tersebut tidak tercerai berai dan merupakan satu kesatuan yang utuh. 2.Fungsi Distributor Selain mengikat serat dalam kompo-sit, pengikat juga berperan dalam menyebarkan
46
Gambar 2. Serat aren, resin dan katalisator
Alat Penelitian Alat yang digunakan merupakan rangkaian alat pengepres yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Alat pengepres
Prosedur Penelitian Bahan serat aren dicampur dengan resin dengan perbandingan tertentu dan ditambahkan katalis (untuk mempercepat pengerasan). Pencam-puran dilakukan dengan pengadukan hingga homogen. Campuran yang telah homogen dimasukkan ke dalam pencetak yang terbuat dari baja, kemudian dilakukan pengepresan dengan menggunakan mesin press selama 24 jam. Setelah pengepresan didiam-kan beberapa saat agar material komposit mengeras, setelah itu material komposit dilepas dari cetakan. Dilakukan pengujian sifat fisis dan sifat mekanis dari material komposit yang dihasilkan. Penelitian dilakukan dengan variabel perbandingan resin dengan serat, panjang serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan. Pengolahan data dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh variabel variabbel tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis material komposit yang dihasilkan. Dari penelitian tersebut diharapkan dapat diketahui cara pembuatan material komposit, perbandingan bahan, panjang serat serta kekuatan tekan yang baik untuk memperoleh material komposit dengan kualitas yang baik.Untuk mengetahui kualitas material komposit, dilakukan juga uji fisis dan mekanis
terhadap material komposit sejenis yang ada di pasaran.
Metode Pengujian Pengujian Kekuatan Ikatan Internal (Internal Bond Strength) Kekuatan tarik tegak lurus terhadap permukaan diukur untuk melihat ketahanan bahan ditarik dengan arah tegak lurus permukaannya. Benda uji seluas 50 mm persegi ditempelkan dengan lem pada blok pembebanan dari baja atau paduan aluminium dengan dimensi yang sama. Kekuatan ikatan internal adalah sifat yang penting dari papan komposit, dihitung dengan cara berikut: P …....……..………………..(1) IB = bL IB = Internal Bond ikatan internal), kPa P = beban maksimum, N b = lebar benda uji, mm L = panjang benda uji, mm Pengujian Modulus Elastisitas (MOE) dan Modulus Pecah (MOR) Untuk mendapatkan modulus elastisitas (modulus of elasticity, MOE) dan modulus pecah (modulus of rupture, MOR) digunakan pengujian lengkung statik (static bending test). Pada penelitian ini menggunakan Three Point Bending Test. Dengan diagram pengujian seperti berikut ini :
F
L/2
F/2
L
F/2
47
Gambar 4. Diagram pengujian bending (ASTM Standard C1161). Sifat ini dijabarkan dari kemiringan (slope) dari porsi garis lurus dari kurva lengkungan beban (P1/Y1). MOE dihitung dengan formula berikut: P1 L3 MOE = …….........………(2) 4bd 3Y1 MOE = kekakuan (muncul sebagai modulus elastisitas), kPa P1 = beban pada batas proporsional, N L = panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji b = lebar benda uji, mm d = tebal benda uji, mm Y1 = titik pusat kelengkungan pada batas proporsional, mm Modulus pecah (modulus of rupture, MOR) menjadi pengukuran yang umum dari kekuatan lengkung komposit papan. MOR adalah tegangan lengkung puncak dari suatu bahan dalam lendutan (flexure) atau lengkungan (bending), dan sering digunakan untuk membandingkan satu bahan dengan yang lain. 3PL ……………..….….(3) MOR = 2bd 2 MOR = Modulus of Rupture, kPa P = beban maksimum, N L = panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji b = lebar benda uji, mm d = tebal benda uji, mm
(
(
)
)
Pengujian kandungan air Kandungan air rata-rata dari suatu panel pada waktu proses pengiriman dari pabrik tidak boleh melebihi 10% (berdasarkan berat kering oven) untuk semua tingkatan material komposit. Ratarata kandungan air dari papan keras seharusnya tidak kurang dari 2% atau tidak boleh lebih 9%. Tiga spesimen seharusnya dipotong dari tempat yang berbeda dalam material komposit dan hasil pengujiannya dirata-ratakan. Pada umumnya, suatu benda uji lebar 76 mm dengan panjang 152
mm dengan ketebalan penuh digunakan untuk mendapatkan dengan akurasi tidak lebih dari ± 0,3% dan berat secara akurat tidak lebih dari ± 0,21%. Berat kering oven dari benda uji yang diperoleh sesudah pengeringan pada 103 ± 2°C sampai berat konstan dicapai. Kandungan air dihitung sebagai berikut: (w − f ) M = 100 ………………(4) f M = kandungan air w = berat mula-mula f = berat setelah pengeringan oven
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Pengaruh perbandingan resin/serat
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat resin/serat yang divariasikan (3,4,5,6,7,8,9,10), ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat yang digunakan 2 cm dan kuat tekan pada proses pencetakan 70 kg/mm2 Data penelitian dapat dilihat pada tabel 3. dan gambar 5, 6 dan 7. Tabel 3. Pengaruh perbandingan resin /serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. (panjang serat 2 cm, jumlah katalis 10% massa resin, dan tekanan cetak 70 kg/mm2) Ratio Densitas Kuat Berat (gr/mL) tekan resin/ (kg/mm2) serat
Kuat Lentur (kg/mm2)
3
1.2515
0.1055
0.087
4
1.2388
0.1055
0.087
5
1.2306
0.1055
0.11
6
1.2248
0.2587
0.11
7
1.2205
0.316
0.12
8
1.2172
0.3286
0.117
48
9
1.2146
0.4306
0.106
10
1.2124
0.8836
0.122
Gambar 5. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat tekan material komposit Resin berfungsi sebagai pengikat serat, sehingga semakin banyak resin semakin kuat ikatan serat dalam komposit. Apabila jumlah resin tidak mencukupi, maka daya ikat antara resin dengan serat kurang kuat. Hal ini akan menyebabkan material komposit akan berubah volume (mengembang) setelah keluar dari cetakan. Pada tabel 3 dan gambar 5, dapat diamati bahwa semakin besar perbandingan resin dengan serat semakin besar kuat tekan material komposit, namun tidak diinginkan jumlah resin yang terlalu banyak, karena dalam masalah ini yang utama adalah pemanfaatan serat secara maksimal.
Gambar 6. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat lentur material komposit
Pada gambar 6 dapat diamati bahwa grafik hubungan perbandingan resin dan serat dengan kuat lentur komposit yang dihasilkan, tidak terlalu signifikan, berkisar antara 0,1 hingga 0,2
Gambar 7. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap densitas material komposit Pada gambar 7 dapat dilihat bahwa semakin besar perbandingan resin dan serat maka semakin kecil densitas material komposit yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena densitas serat (1,5gr/cm3) lebih besar dari densitas resin (1,25 gr/cm3), sehingga dengan volume yang sama, semakin besar jumlah resin desitas akan semakin kecil. Dari hasil penelitian perbandingan resin/serat sebesar 7 adalah kondisi yang optimal, karena dengan pebandingan tersebut diperoleh karakteristik produk yang cukup baik yaitu kuat tekan 0,316 kg/mm2 dan kuat lentur 0,12 kg/mm2 serta densitas 1,22 gr/cm3 dan material komposit tidak mengalami perubahan volume setelah pencetakan, dengan kata lain pemanfaatan serat sudah maksimal, tidak bisa lebih besar lagi.
Pengaruh ukuran serat Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, dan kuat tekan pada pencetakan 70 kg/mm2 49
Panjang serat yang digunakan divariasikan (0.2, 2, 3, 4, 5, 6, 7 cm). Data penelitian dapat dilihat pada tabel 4 serta gambar 8 dan 9. Tabel 4. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. (perbandingan resin:serat = 7:1, jumlah katalis 10% massa resin, dan tekanan cetak 70 kg/mm2) Panjang serat, cm 0.2 2 3 4 5 6 7
Densitas gr/cm3
1,22 1,22 1,22 1,22 1,22 1,22 1,22
Kuat tekan, kg/mm2 0.499 0.316 0.3342 0.3221 0.3312 0.3112 0.2683
komposit akan digunakan untuk kuat tekan tinggi sebaiknya dibuat dengan panjang serat yang kecil atau dilakukan pengaturan orientasi serat secara lurus sehingga terbentuk serat yang langsung terikat dengan matrik, tidak menggumpal diantara serat.
Kuat lentur kg/mm2 0.117 0.120 0.142 0.141 0.145 0.143 0.149
Gambar 9. Pengaruh panjang serat terhadap kuat lentur
Gambar 8, Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan material komposit. Pada tabel 4 dan gambar 8 dapat diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan semakin kecil kuat tekan material komposit. Hal ini disebabkan serat yang digunakan dalam penelitian ini diambil langsung dari limbah serat aren apa adanya tanpa terlebih dahulu dilakukan penyeragaman orientasi serat, sehingga meskipun serat cukup panjang tetapi tidak lurus atau berbelok-belok sehingga membentuk tumpukan serat yang tebal, tumpukan ini memiliki sifat yang elastis sehingga mengurangi kuat tekan material material komposit. Apabila
Pada gambar 9, bisa diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan, semakin besar kuat lentur material komposit. Hal ini disebabkan serat memiliki elastisitas yang tinggi, sementara matrik memiliki kekerasan yang tinggi, maka semakin panjang serat akan menjadikan material komposit semakin lentur karena serat akan mengisi matrik pada daerah yang lebih panjang , peningkatan kelenturan ini terjadi karena bagian matrik yang terisi oleh serat akan mengalami penurunan kekerasan dan meningkat kelenturannya/elastisitasnya karena terpengaruh oleh sifat serat, maka semakin panjang serat kelenturan material akan semakin. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat lentur tinggi sebaiknya dibuat dengan serat yang.lebih panjang.. 2. Pengaruh Tekanan Cetak
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94cm3), menggunakan 50
campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat 2cm dan kuat tekan pada pencetakan divariasikan (50, 60 dan 70 kg/mm2 ). Data penelitian dapat dilihat pada tabel 5. serta gambar 10 dan 11. Tabel 5. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. (perbandingan resin:serat = 7:1, panjang serat 2 cm, jumlah katalis 10% massa resin) Tekanan Densitas Kuat cetak, gr/cm3 tekan, kg/mm2 kg/mm2 50 1,22 0.4521 1,22 60 0.2694 1,22 70 0.4714
Kuat lentur kg/mm2 0.124 0.112 0.109
Gambar 10. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan material komposit.
Gambar 11. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat lentur material komposit. Tekanan saat pencetakan (pembuatan) papan komposit memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat mampu tekan dan kemampuan lentur dari benda uji. Pada kemampuan lentur diperoleh hasil dimana semakin besar tekanan pencetakan, kemampuan lenturnya semakin menurun, hal ini disebabkan pada tekanan yang semakin tinggi serat semakin tertekan dan pori-porinya dapat terisi oleh resin sehingga hal ini akan mengakibatkan serat kehilangan sifat elastisnya yang pada gilirannya akan menurunkan sifat lentur dari material komposit, penekanan yang besar juga akan mengakibatkan fraksi volome serat menurun jika dibandingkan dengan volome resin yang juga berakibat pada peningkatan kekerasan material komposit, hal inilah yang kemudian meningkatkan kemampuan tekan dari benda uji (material komposit) 3. Kualitas material komposit. Untuk mengetahui kualitas material komposit yang dihasilkan dalam penelitian ini, dilakukan dengan cara memban-dingkannya dengan material komposit yang ada dalam perdagangan yang dapat dilihat dalam tabel 5.
Tabel 5. Perbandingan kualitas material komposit Material komposit serat aren
51
Kuat tekan maksimal
0,499 kg/mm2
Kuat lentur maksimal
0,149 kg/mm2
Material komposit dalam perdagangan Kuat tekan
0,248 kg/mm2
Kuat lentur
0,082 kg/mm2
Dari hasil pengujian tersebut dapat dilihat bahwa ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran. Material komposit yang ada di pasaran biasa digunakan untuk pembuatan mebel, maka dari uji kualitas tersebut dapat disimpulkan bahwa material komposit serat aren dapat digunakan sebagai bahan pembuat mebel yang lebih kuat, atau dapat digunakan untuk keperluan lain yang memerlukan kekuatan lebih besar.
3.Besar gaya penekanan pada saat pencetakan benda uji berpengaruh pada sifat mampu tekan dan sifat lentur bahan, semakin besar gaya penekanan akan meningkatkan kemampuan tekan tapi sebaliknya akan menurunkan sifat lentur dari bahan. 4.Dari hasil penelitian diketahui bahwa dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta serat yang panjang (7 cm) diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek (0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2) 5.Ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran.
DAFTAR PUSTAKA KESIMPULAN Dari penelitian yang sudah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1.Pengaruh perbandingan resin (matrik) dengan serat menunnjukkan bahwa semakin tinggi angka perbandingan resin dengan serat meningkatkan kekuatan tekan dan kekuatan lentur serta menurunkan densitas, sehingga semakin besar angka perbandingan resin dengan serat kualitas material komposit semakin baik. ( sampai batas data yang ada dalam penelitian ini), untuk peningkatan perbandingan selanjutnya perlu dikaji lagi, 2.Panjang serat berpengaruh pada sifat mampu takan dan kelenturan material komposit, semakin panjang serat akan mengakibatkan penurunan kemampuan tekan namun meningkatkan kelenturan.
Abe, K., Iwamoto, S., Yano, H. 2007. Obtaining Cellulose Nanofibers with a Uniform Width of 15 nm from Wood. Biomacromolecules 8(10), 3276-3278. Alemdar, A., Sain. M. 2008. Biocomposites from Wheat Straw Nanofibers: Morphology, Thermal and Mechanical Properties. Composites Science and Technology 68: 557-565 Bisanda, E.T.N. 2000. The Effect of Alkalli Treatment on the Adhesion Characteristics of Sisal Fibers. Applied Composite Materials 7: 331339 De souza, M.F,dan PS Batista, 2004 “Rice hull – derived silica: Application in portland cement and mullite whiskers”. www.fftc.org
52
Henriksson, M., Henriksson, G., Berglund, L.A., Lindstorm. T. 2007. An Enviromentally Method for Enzyme Assisted Preparation of Microfibrillated Cellulose (MFC) Nanofibers. European Polymer Journal, 43: 3434-3441 Hyer, W Michael, 1998.,”Stress and analysis of fiber reinforced composite material, Mc Graw Hill International Edition. Nakagaito, A. N., Yano, H. 2004. The Effect of Morphological Changes from Pulp Fiber Towards Nano Sclae Fibrillated Cellulose on the Mechanical Properties of High Strength Plant Fiber Based Composites.Applied Physics A78: 547-552 Nugroho, Rahmat Adi, 2010., Uji Deskripsi Redaman Suara Pada Plat Hasil Pengolahan Limbah Serabut
Dan Serbuk Aren Dengan Proses Tekan Cetak 5 Bar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Oksman, K., Skrifvas, M., Selin, J.F. 2003. Natural Fibers as Reinforcement in Polylactid Acid (PLA) Composites. Composites Science Technology, 63: 1317-1324. Smith F William, 2000 “Principles of Materials And Engineering” 3rd Edition,Mc Graw Hill International Edition. Yoshida, S.; Ohnishi, Y. dan Kitaghisi, K. 2004,. “Soil Science and Plant Nutrition,” Departement of Material Science, Tokyo university of Tokyo, Zimmermann, T., Pohler, E., Geiger, T. 2004. Cellulose Fibrils for Polymer Reinforcement. Advanced Engineering Science, 6(9): 754-761
53
Lampiran 6. Draft Seminar
PEMAFAATAN LIMBAH SERAT AREN SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN MATERIAL KOMPOSIT / PAPAN PARTIKEL Sudarsono1*, Saiful Huda2, Murni Yuniwati3, Purnawan4 1,2
Jurusan Teknik Mesin, 3Jurusan Teknik Kimia, 4Jurusan Teknik Lingkungan Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta
ABSTRAK Saat ini limbah aren hanya dibuang ke sungai, sehingga merusak lingkungan dan mengganggu fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan. Upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah tersebut menjadi produk yang dapat dimanfaatkan dan memiliki nilai ekonomis yang menguntungkan bagi masyarakat. Penelitian ini memanfaatkan limbah serat aren sebagai bahan baku pembuatan material komposit. Penelitian dilakukan dengan mencampur serat aren dengan resin dan katalisator (hardener), campuran dicetak dengan pengepresan. Pengepresan dilakukan selama dua puluh empat jam. Hasil yang diperoleh diuji kekuatan tarik maupun kekuatan lenturnya, serta diukur densitasnya. Variabel yang dipelajari dalam penelitian ini adalah perbandingan berat resin dan serat aren, ukuran serat aren serta besarnya tekanan untuk proses pengepresan. Hasil penelitian dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta panjang serat 7 cm, diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2). Namun apabila digunakan serat yang pendek (panjang serat 0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2). Ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran. Kata kunci: Serat, Aren, Komposit
ABSTRACT Currently palm fiber waste just dumped into the river, thus damaging the environment and disrupt the function of the river as a channel for rain water and irrigation. Efforts to do is utilize the waste into products that can be utilized and have a favorable economic value for the community. This study utilized palm fiber waste as raw material for composite materials. The study was conducted by mixing palm fiber with resin and catalyst (hardener), a mixture is formed by pressing. Pressing is done for twenty-four hours. The results tested the compressive strength and bending strength, and density were measured. The variables studied in this research is the weight ratio of resin and palm fiber, palm fiber size and the amount of pressure for pressing process. The results using a weight ratio of resin: fiber = 7:1, catalyst weight 10% resin mass, pressure forming 70 kg/mm2, and fiber length of 7 cm, obtained composites with relatively high flexural strength (0.149 kg/mm2) but strong press relatively low (0.2683 kg/mm2). However, when used short fiber (fiber length 0.2 cm) is obtained composite with compressive strength relatively larger (0.499 kg/mm2), but tend to be 54
smaller flexural strength (0,117 kg/mm2). In terms of compressive strength and flexural strength of composite materials, the quality of palm fiber composite material produced in this study is better than composite materials on the market. Keywords: Fiber, Aren, Composites *
Corresponding author’s email :
[email protected], Tel. +62-274-544700, Fax. +62-274-563847
PENDAHULUAN Aren (Arenga pinnata Wurmb) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji buahnya terbungkus daging buah. Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan aneka produk makanan, terutama produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Dalam proses pembuatan pati dihasilkan limbah berupa serat aren yang tidak termanfaatkan dan berpotensi mencemari lingkungan seperti terlihat pada Gambar 1. Lignoselulosa yang berasal dari kayu dan nonkayu (bambu, sisal, kenaf, rami, abaka, sabut, kelapa, dan lain-lain) merupakan bahan yang sangat melimpah keberadaannya di muka bumi. Bahan serat ini dapat diproses lebih lanjut menjadi mikrofibril selulosa yang mempunyai diameter kurang dari 100 nm. Serat nano mempunyai sifat-sifat yang khas seperti sangat kuat, rasio permukaan terhadap volume yang besar dan sangat porous. Sifat sifat tersebut membuat serat nano merupakan bahan yang sangat menjanjikan untuk industri komposit, bahan otomotif, pulp dan kertas, elektronik, dan industri lainnya.
Gambar 1. Limbah aren yang dibuang ke sungai Sebagai komponen penguat di dalam material komposit, serat alam ini mempunyai keunggulan antara lain sifatnya yang dapat diperbarui, dapat didaur ulang serta dapat terbiodegradasi di lingkungan (Zimmermann et al., 2004). Selain itu, serat alam mempunyai sifat mekanik yang baik dan lebih murah dibandingkan dengan serat sintetik. Dilain pihak serat alam memiliki kelemahan terutama kemudahannya menyerap air, kualitas yang tidak seragam, serta memiliki kestabilan yang rendah terhadap panas (Oksman et al., 2003). Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al., 2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai kekuatan tarik (tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian pula sebaliknya. Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang dengan 55
demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit (Purnawan, 2010). Resin adalah bahan polimer, dalam komposit sebagai matrik. Resin sebagai matrik mempunyai fungsi sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi kekuatan pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi (Hyer W Michael, 1998 ). Komposit adalah sebuah sistem material yang tersusun atas campuran atau kombinasi dari dua atau lebih partikel mikro maupun makro yang berbeda bentuk maupun komposisi kimianya yang terikat secara erat satu dengan yang lain. (Smith, F William, 2000). Keunggulan yang dimiliki oleh komposit antara lain bobotnya jauh lebih ringan daripada material teknik lain atau baja pada khususnya. Tujuan Penelitian Mempelajari cara pembuatan material komposit dari limbah yang berupa serat aren, dengan mengamati variabel-variabel yang berpengaruh terhadap karakteristik material komposit serat aren yang dihasilkan (perbandingan bahan, ukuran bahan, besarnya tekanan pada pengepresan), serta membandingkan karakteristik produk material komposit serat aren dengan material komposit yang lain yang ada dalam perdagangan.
METODOLOGI PENELITIAN Prosedur Penelitian Bahan serat aren dicampur dengan resin dengan perbandingan tertentu dan ditambahkan katalis (untuk mempercepat pengerasan). Pencampuran dilakukan dengan pengadukan hingga homogen. Campuran yang telah homogen dimasukkan ke dalam pencetak yang terbuat dari baja, kemudian dilakukan pengepresan dengan menggunakan mesin press selama 24 jam. Setelah pengepresan didiamkan beberapa saat agar material komposit mengeras, setelah itu material komposit dilepas dari cetakan. Dilakukan pengujian sifat fisis dan sifat mekanis dari material komposit yang dihasilkan. Penelitian dilakukan dengan variabel perbandingan resin dengan serat, panjang serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan. Pengolahan data dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh variabel variabel tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis material komposit yang dihasilkan. Dari penelitian tersebut diharapkan dapat diketahui cara pembuatan material komposit, perbandingan bahan, panjang serat serta kekuatan tekan yang baik untuk memperoleh material komposit dengan kualitas yang baik.Untuk mengetahui kualitas material komposit, dilakukan juga uji fisis dan mekanis terhadap material komposit sejenis yang ada di pasaran. Pengujian Kekuatan Ikatan Internal (Internal Bond Strength) Kekuatan tarik tegak lurus terhadap permukaan diukur untuk melihat ketahanan bahan ditarik dengan arah tegak lurus permukaannya. Benda uji seluas 50 mm persegi ditempelkan dengan lem pada blok pembebanan dari baja atau paduan aluminium dengan dimensi yang sama. Kekuatan ikatan internal adalah sifat yang penting dari papan komposit, dihitung menggunakan persamaan (1). P IB = …....……......………………............................................................................( bL 1) IB : Internal Bond ikatan internal), kPa P : beban maksimum, N 56
b L
: lebar benda uji, mm : panjang benda uji, mm
Pengujian Modulus Elastisitas (MOE) dan Modulus Pecah (MOR) Untuk mendapatkan modulus elastisitas (modulus of elasticity, MOE) dan modulus pecah (modulus of rupture, MOR) digunakan pengujian lengkung statik (static bending test) menggunakan Three Point Bending Test (Gambar 2). F
L/2
F/2
L
F/2
Gambar 2. Diagram pengujian bending (ASTM Standard C1161). Sifat ini dijabarkan dari kemiringan (slope) dari porsi garis lurus dari kurva lengkungan beban (P1/Y1). MOE dihitung dengan formula berikut: P1 L3 MOE = …………..........………........................................................................ 4bd 3Y1 (2)
(
MOE P1 L b d Y1
(
)
)
: kekakuan (muncul sebagai modulus elastisitas), kPa : beban pada batas proporsional, N : panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji : lebar benda uji, mm : tebal benda uji, mm : titik pusat kelengkungan pada batas proporsional, mm
Modulus pecah (modulus of rupture, MOR) menjadi pengukuran yang umum dari kekuatan lengkung komposit papan. MOR adalah tegangan lengkung puncak dari suatu bahan dalam lendutan (flexure) atau lengkungan (bending), dan sering digunakan untuk membandingkan satu bahan dengan yang lain. 3PL MOR = ………………..….…..............................................................................( 2bd 2 3) MOR P L b d
: Modulus of Rupture, kPa : beban maksimum, N : panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji : lebar benda uji, mm : tebal benda uji, mm
Pengujian kandungan air Kandungan air rata-rata dari suatu panel pada waktu proses pengiriman dari pabrik tidak boleh melebihi 10% (berdasarkan berat kering oven) untuk semua tingkatan material komposit. Rata-rata kandungan air dari papan keras seharusnya tidak kurang dari 2% atau tidak boleh lebih 9%. Tiga spesimen seharusnya dipotong dari tempat yang berbeda dalam material komposit dan hasil pengujiannya dirata-ratakan. Pada 57
umumnya, suatu benda uji lebar 76 mm dengan panjang 152 mm dengan ketebalan penuh digunakan untuk mendapatkan dengan akurasi tidak lebih dari ± 0,3% dan berat secara akurat tidak lebih dari ± 0,21%. Berat kering oven dari benda uji yang diperoleh sesudah pengeringan pada 103 ± 2°C sampai berat konstan dicapai. Kandungan air dihitung sebagai berikut: (w − f ) M = 100 ………….……............................................................................…( f 4) M : kandungan air w : berat mula-mula f : berat setelah pengeringan oven HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh perbandingan resin/serat
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat resin/serat yang divariasikan (3,4,5,6,7,8,9,10), ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat yang digunakan 2 cm dan kuat tekan pada proses pencetakan 70 kg/mm2 . Data penelitian diperlihatkan oleh gambar 5, 6 dan 7. Pada gambar 3, dapat diamati bahwa semakin besar perbandingan resin dengan serat semakin besar kuat tekan material komposit. Dengan kata lain penambahan serat ke dalam resin menurunkan kuat tekan dari material komposit yang dihasilkan. Selain itu semakin besar jumlah serat dalam komposit menyebabkan material komposit mengembang (volume membesar) pada saat komposit dari pencetak dibiarkan di udara terbuka, karena jumlah resin pengikat serat tidak mencukupi sehingga daya ikat antara resin dengan serat kurang kuat. Pada gambar 4 dapat diamati bahwa grafik hubungan perbandingan resin dan serat dengan kuat lentur komposit yang dihasilkan, tidak terlalu signifikan, berkisar antara 0,1 hingga 0,2. Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa semakin besar perbandingan resin dan serat maka semakin kecil densitas material komposit yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena densitas serat (1,5gr/cm3) lebih besar dari densitas resin (1,25 gr/cm3), sehingga dengan volume yang sama, semakin besar jumlah resin desitas akan semakin kecil. Perbandingan resin dan serat yang relatif baik pada pembuatan material komposit adalah 7, dengan pertimbangan pemanfaatan serat maksimal, dengan karakteristik produk yang cukup baik yaitu kuat tekan 0,316 kg/cm2 dan kuat lentur 0,12 kg/cm2 serta densitas 1,22 gr/cm3 serta material komposit tidak mengalami perubahan volume setelah pencetakan.
58
Gambar 3. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat tekan material komposit
Gambar 4. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat lentur material komposit
Gambar 5. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap densitas material komposit
Pengaruh ukuran serat Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume 94cm3, menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, dan kuat tekan pada pencetakan 70 kg/mm2 Panjang serat yang digunakan divariasikan (0.2, 2, 3, 4, 5, 6, 7 cm). Data penelitian dapat dilihat pada gambar 8 dan 9.
59
Gambar 6. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan material komposit.
Gambar 7. Pengaruh panjang serat terhadap kuat lentur
Pada gambar 6 dapat diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan semakin kecil kuat tekan material komposit. Hal ini disebabkan serat yang digunakan dalam penelitian ini diambil langsung dari limbah serat aren apa adanya tanpa terlebih dahulu dilakukan penyeragaman orientasi serat, sehingga meskipun serat cukup panjang tetapi tidak lurus atau berbelok-belok sehingga membentuk tumpukan serat yang tebal, tumpukan ini memiliki sifat yang elastis sehingga mengurangi kuat tekan material komposit. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat tekan tinggi sebaiknya dibuat dengan panjang serat yang kecil atau dilakukan pengaturan orientasi serat secara lurus sehingga terbentuk serat yang langsung terikat dengan matrik, tidak menggumpal diantara serat. Pada gambar 7, bisa diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan, semakin besar kuat lentur material komposit. Hal ini disebabkan serat memiliki elastisitas yang tinggi, sementara matrik memiliki kekerasan yang tinggi, maka semakin panjang serat akan menjadikan material komposit semakin lentur karena serat akan mengisi matrik pada daerah yang lebih panjang , peningkatan kelenturan ini terjadi karena bagian matrik yang terisi oleh serat akan mengalami penurunan kekerasan dan meningkat kelenturannya/elastisitasnya karena terpengaruh oleh sifat serat, maka semakin panjang serat kelenturan material akan semakin. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat lentur tinggi sebaiknya dibuat dengan serat yang.lebih panjang. Pengaruh Tekanan Cetak
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan volume tertentu (94 cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat 2cm dan kuat tekan pada pencetakan divariasikan (50, 60 dan 70 kg/mm2 ). Data penelitian dapat dilihat pada gambar 8 dan 9.
60
Gambar 8. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan material komposit
Gambar 9. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat lentur material komposit.
Tekanan saat pencetakan papan komposit memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat mampu tekan dan kemampuan lentur dari benda uji. Pada kemampuan lentur diperoleh hasil dimana semakin besar tekanan pencetakan, kemampuan lenturnya semakin menurun, hal ini disebabkan pada tekanan yang semakin tinggi serat semakin tertekan dan pori-porinya dapat terisi oleh resin sehingga hal ini akan mengakibatkan serat kehilangan sifat elastisnya yang pada gilirannya akan menurunkan sifat lentur dari material komposit, penekanan yang besar juga akan mengakibatkan fraksi volome serat menurun jika dibandingkan dengan volome resin yang juga berakibat pada peningkatan kekerasan material komposit. Kualitas material komposit Untuk mengetahui kualitas material komposit yang dihasilkan, dilakukan dengan cara membandingkannya dengan material komposit yang ada dalam perdagangan yang dapat dilihat dalam tabel 1. Dari hasil pengujian tersebut dapat dilihat bahwa ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran. Material komposit yang ada di pasaran biasa digunakan untuk pembuatan mebel, maka dari uji kualitas tersebut dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa material komposit serat aren dapat digunakan sebagai bahan pembuat mebel yang lebih kuat.
Tabel 1. Perbandingan kualitas material komposit Material komposit serat aren Kuat tekan maksimal
0,499 kg/mm2
Kuat lentur maksimal
0,149 kg/mm2
Material komposit dalam perdagangan Kuat tekan
0,248 kg/mm2
61
Kuat lentur
0,082 kg/mm2
KESIMPULAN Dari penelitian yang sudah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Pengaruh perbandingan resin (matrik) dengan serat menunnjukkan bahwa semakin tinggi angka perbandingan resin dengan serat meningkatkan kekuatan tekan dan kekuatan lentur serta menurunkan densitas, sehingga semakin besar angka perbandingan resin dengan serat kualitas material komposit semakin baik 2. Panjang serat berpengaruh pada sifat mampu tekan dan kelenturan material komposit, semakin panjang serat akan mengakibatkan penurunan kemampuan tekan namun meningkatkan kelenturan. 3. Besar gaya penekanan pada saat pencetakan benda uji berpengaruh pada sifat mampu tekan dan sifat lentur bahan, semakin besar gaya penekanan akan meningkatkan kemampuan tekan tapi sebaliknya akan menurunkan sifat lentur dari bahan. 4. Dari hasil penelitian diketahui bahwa menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta serat yang panjang (7 cm) diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek (0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2) 5. Ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran.
UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini didanai oleh DP2M Dirjen Dikti melalui skema penelitian Hibah Bersaing tahun 2013. DAFTAR PUSTAKA Hyer, W Michael, 1998.,”Stress and analysis of fiber reinforced composite material, Mc Graw Hill International Edition. Oksman, K., Skrifvas, M., Selin, J.F. 2003. Natural Fibers as Reinforcement in Polylactid Acid (PLA) Composites. Composites Science Technology, 63: 13171324. Purnawan dan Sudarsono, 2010, Pemanfaatan Limbah Padat (Serat) Industri Pengolahan Sagu Sebagai Bahan Pembuatan Nitrosellulosa, Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Lingkungan Hidup Smith F William, 2000 “Principles of Materials And Engineering” 3rd Edition,Mc Graw Hill International Edition. Zimmermann, T., Pohler, E., Geiger, T. 2004. Cellulose Fibrils for Polymer Reinforcement. Advanced Engineering Science, 6(9): 754-761
62
63
