Pengembangan Bahan Alternatif Interior dan Eksterior Otomotif dengan Limbah Rambut Manusia

BIDANG REKAYASA

LAPORAN PENELITIAN HIBAH BERSAING

Pengembangan Bahan Alternatif Interior dan Eksterior Otomotif dengan Limbah Rambut Manusia Oleh:

Muh Amin, ST, MT Drs. H. Samsudi Raharjo, ST, MT, MM DILAKSANAKAN ATAS BIAYA: DIPA (Daftar Isian Pelaksanaan Anggaran) Koordinasi Perguruan Tinggi Swasta Wilayah VI Semarang sesuai dengan Surat Perjanjian PelaksanaanPenelitian Hibah Bersaing Nomor : 021/006.2/PP/SP/2012 tgl 24 Pebruari 2012

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SEMARANG NOVEMBER 2012

1

HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN AKHIR 1. Judul Penelitian 2. Ketua Peneliti a. Nama Lengkap b. Jenis Kelamin c. NIK d. Jabatan Struktural e. Jabatan fungsional f. Bidang/Keahlian g. Fakultas/Jurusan h. Perguruan Tinggi i. Tim Peneliti No. 1.

2.

: Pengembangan Bahan Alternatif Interior dan Exterior Otomotif dengan Limbah Rambut Manusia : Muh Amin, ST, MT : Laki-Laki : 28. 6. 1026. 169 : Penata Muda/3b : Asisten Ahli : Teknik Mesin/Mekanika Bahan : Teknik/Teknik Mesin : UNIMUS :

Nama Muh Amin, ST, MT

Drs. H. Samsudi Raharjo, ST, MT, MM

Bidang Keahlian Teknik Mesin/Mekanika Bahan Teknik Mesin/Material Teknik

3. Pendanaan dan Jangka Waktu Penelitian a. Jangka waktu penelitian yang diusulkan b. Biaya total yang diusulkan c. Biaya yang disetujui tahun ke 1

Fakultas/Jurusan Teknik/Teknik Mesin Teknik/Teknik Mesin

Perguruan Tinggi Universitas Muhammadiyah Semarang Universitas Muhammadiyah Semarang

: : 2 tahun : Rp 99.227.000,00 : Rp 20.380.000,00

Semarang, 10 November 2012 Mengetahui, Dekan/Pusat Fakultas Teknik

Ketua Peneliti,

Drs. H. Samsudi Raharjo, ST, MT, MM NIK : 28.6.1026.028

Muh Amin, ST, MT NIK : 28. 6. 1026. 169

Menyetujui, an. Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat

Ir. Rahayu Astuti, M.Kes NIP : 28.6.1026.018 i

RINGKASAN DAN SUMMARY

Penguat yang dipergunakan dalam pembuatan bahan komposit biasanya berupa serat dari bahan sintetis yang relatif mahal dan tidak ramah lingkungan. Sebagai upaya mendukung program pelestarian lingkungan maka bahan komposit diarahkan ke Natural Composite (NACO) sebagai upaya menggantikan serat sintetis dengan serat alam. Pada penelitian ini serat yang dipergunakan adalah limbah potongan rambut manusia yang diperoleh dari tukang potong rambut lokal. Penelitian diawali dengan melakukan perlakuan alkali serat rambut manusia untuk menghilangkan lapisan minyak pada permukaan rambut. Lapisan minyak pada permukaan rambut inilah yang menyebabkan rendahnya gaya ikat antara matrik dengan penguat. Perlakuan alkali serat rambut manusia dilakukan dengan melakukan perendaman seraat kedalam larutan 5% NaOH selama (0, 30, 60, 90 dan 120) menit. Pengujian dilakukan untuk mengetahui besarnya kemampuan mechaninal bonding antara serat dengan matrik epoxy dalam bentuk specimen uji tarik. Specimen uji tarik dilakukan dengan membuat bahan komposit terlebih dahulu dengan prosentase penambahan serat rambut sebesar 30% kedalam matrik epoxy dan hardenernya. Pengujian tarik dilakukan dengan standard ASTM D-638 M. pengamatan struktur makro dilakukan guna mengetahui jenis patahan yang terjadi. Peningkatan mechanical properties komposit meningkat seiring dengan meningkatnya waktu perendaman serat di dalam NaOH. Akan tetapi perendaman serat rambut selama 60 menit menunjukkan hasil yang terbaik yaitu Tegangan Tarik sebesar 27, 918 MPa, Regangan sebesar 0,04% dan Modulus Elastisitas sebesar 758, 693 MPa. Hasil pengamatan struktur makro menunjukkan bahwa patahan yang terjadi pada perendaman serat selama 60 menit adalah jenis patahan homogeny dan tidak terjadi fiber pull out yang mengindikasikan kuatnya ikatan antara matrik dan penguat pada komposit yang dibuat. Hasil perlakuan alkali serat rambut manusia dengan mechanical properties terbaik dipergunakan untuk pengujian lebih lanjut. Untuk mengetahui pengaruh penambahan serat rambut manusia ke dalam maatrik epoxy dalam bentuk komposit, dilakukan variasi penambahan serat rambut sebesar (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 dan 70) % volume. Pengujia dilakukan dengan menggunakan standard ASTM D-368 M untuk Uji Taarik, JIS R 1601 untuk Uji Kekuatan Bending, dan ASTM D 638 untuk Uji Impak. Hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa dengan penambahan fraksi volume srat sebesar 30% menunjukkan hasil terbaik yaitu Tegangan Tarik sebesar 28, 783 MPa, kekuatan bending sebesar 90,531 MPa dan Impak sebesar 0,120 J/mm2. Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai bahan alternatif pembuatan interior dan eksterior otomotif yang ramah lingkungan dan relatif berharga murah. Selain itu, dengan adanya hasil penelitian ini dapat dipergunakan sebagai penggusur serat sintetis untuk pembuatan bahan komposit yang bersifat tidak ramah terhadap lingkungan dan berharga mahal. Kata Kunci: Rambut Manusia, Epoxy, Komposit, Mechaanical Properties, Perlakuan Alkali Serat.

ii

PRAKATA

Penggunaan material alam sebagai bahan komposit saat ini sedang marak dilakukan guna menggeser keberadaan material sintetis yang cenderung tidak ramah terhadap lingkungan. Dalam bentuk komposit, material alam memiliki mechanical properties yang tidak kalah dengan bahan sintetis. Seperti halnya limbah potongan rambut manusia dari bekas tukang potong rambut lokal yang mampu bertahan cukup lama meskipun tertimbun dalam tanah. Langkah-langkah yang perlu dikembangkan yaitu bagaimana membuat inovasi perlakuan material alam agar mamiliki mechanical properties yang lebih baik. Dengan terciptanya material komposit alam yang kuat tentu tidak lama lagi akan menggeser keberadaan material sintetis yang selama ini masih mendominasi di Negara kita ini. Kami sangat berterimakasih kepada berbagai pihak yang telah mendukung terlaksananya penelitian ini, seperti:
Kemdiknas DIKTI sebagai donator utama yang telah mempercayai kami untuk melakukan penelitian ini.
Kopertis 6 yang telah memberikan kesempatan pada kami untuk mengembangkan disiplin ilmu yang tengah kami geluti selama ini.
LPPM Unimus yang telah banyak berkorban untuk mendukung penuh mengembangkan ide-ide penelitian.
Program Studi Teknik Mesin dan Fakultas Teknik UNIMUS yang mendorong kegiatan penelitian ini.
Lab. Bahan Teknik UGM yang telah menyediakan peralatan penelitian.
Rekan-rekan semua yang tidak dapat kami sebut satu persatu dalam membantu terselesaikannya penelitian ini.
Istri dan anak-anakku yang rela membagi waktunya dengan kami untuk mengerjakan penelitian ini.

iii

Penelitian material dengan bahan dari alam sekarang ini masih sedikit, sehingga perlu dikembangkan lebih lanjut. Semoga banyak lagi penelitian-penelitian tentang material dari alam agar diperoleh data yang lengkap sehingga benar-benar material dari alam ini dapat dihandalkan.

Semarang, November 2012

Penulis/Peneliti

iv

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ...................................………………………...........

i

A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN DAN SUMMARY .........................………………………………...

ii

PRAKATA ..........................................……........………..........................................

iii

DAFTAR ISI .............................................................................................................

v

DAFTAR TABEL ..........................................……...................................................

vii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................

viii

DAFTAR LAMPIRAN .........................……..........................................................

x

BAB I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG ..........……………...................................................

1

B. RUMUSAN MASALAH …………………………………………………..

1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. KOMPOSIT ..................................…………………………………………

3

B. PERLAKUAN ALKALI SERAT ………………………………………….

6

C. PENGUJIAN TARIK KOMPOSIT ………………………………………..

9

D. PENGUJIAN KEKUATAN BENDING KOMPOSIT …………………….

9

E. PENGUJIAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT ………………………..

10

BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN A. TUJUAN PENELITIAN …...…...................................................................

12

B. MANFAAT PENELITIAN .................................................................

13

BAB IV METODE PENELITIAN A. KERANGKA PIKIR ..............................………………………………….

14

B. MATERIAL PENELITIAN ................................................................

16

C. ALAT PENELITIAN .........................................................................

16

D. RANCANGAN (DESIGN) RISET .......................................................

16

E. BENTUK SPESIMEN .......................................................................

18

F. VARIABEL PENELITIAN ……………………………………………….

20

G. VARIASI PENGUJIAN …………………………………………………..

21

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN A. PERLAKUAN ALKALI SERAT RAMBUT MANUSIA ........................

22

B. PENGUJIAN TARIK KOMPOSIT ......................................................

26

C. PENGUJIAN KEKUATAN BENDING KOMPOSIT .............................

28

v

D. PENGUJIAN IMPAK KOMPOSIT .....................................................

29

E. PENGAMATAN PERMUKAAN PATAHAN KOMPOSIT ....................

30

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN …………………………………………………………….

33

B. SARAN ...........…….....................................................................................

33

DAFTAR PUSTAKA ...........................................……............................................

34

LAMPIRAN ..............................................……........................................................

35

B. DRAF ARTIKEL ILMIAH …………………………………………………...

37

C. SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN .....................................................

48

vi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Variasi Pengujian dan Jumlah Specimen Uji Tarik pada Perlakuan Alkali Serat Rambut Manusia …………………………………………….

21

Tabel 4.2. Variasi Pengujian dan Jumlah Specimen Uji …………………………….

21

Tabel 5.1. Kekuatan Tarik Komposit Serat Rambut Manusia ................................

23

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pengujian Beban Tekuk Komposit Rambut-Polyester ......................

5

Gambar 2.2. Bentuk spesimen untuk pengujian Kekuatan Bending ……………….

10

Gambar 4.1. Kerangka Pikir Penelitian ............................................................

15

Gambar 4.2. Pembuatan Komposit untuk mengetahui pengaruh Perlakuan Alkali Serat ................................................................

17

Gambar 4.3. Pembuatan Komposit dengan Variasi Penambahan Serat Rambut Manusia .................................................................

19

Gambar 4.4. Geometri dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik ASTM D-638 M ...

20

Gamabar 4.5. Geometri dan Spesimen Uji Bending Standard JIS R 1601 ..............

20

Gambar 4.6. Geometri dan Spesimen Uji Standard ASTM D 638 ........................

20

Gambar 5.1. Kurva Hubungan Tegangan Tarik vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH) ....................................................................... Gambar 5.2. Kurva Hubungan Regangan vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH) ...

23 24

Gambar 5.3. Kurva Hubungan Modulus Elastisitas vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH) .......................................................................

24

Gambar 5.4. Hubungan Tegangan Tarik – Fraksi Volume Komposit Rambut Manusia/Epoxy .................................................

26

Gambar 5.5. Hubungan Regaang – Fraksi Volume Komposit Rambut Manusia/Epoxy ................................................................

26

Gambar 5.6. Hubungan Modulus Elastisitas – Fraksi Volume Komposit Rambut Manusia/Epoxy ................................................. Gambar 5.7 Three Point Bending .....................................................................

26 27

Gambar 5.8. Hubungan Kekuatan Bending – Fraksi Volume Serat Komposit Rambut Manusia/Epoxy ......................................... Gambar 5.9. Skema Pengujian Kekuatan Impak .................................................

28 28

Gambar 5.10. Hubungan Kekuatan Impak – Fraksi Volume Serat Komposit Rambut Manusi/Epoxy .......................................................................

29

Gambar 5.11. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Tanpa Perlakuan Alkali .................................................................................

29

Gambar 5.12. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Dengan Perlakuan Alkali 60 Menit .................................................................................. viii

30

Gambar 5.13. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Dengan Perlakuan Alkali 120 Menit .........................................................................

ix

30

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN I

- BIODATA PENELITI

LAMPIRAN II - ALAT DAN BAHAN PENELITIAN LAMPIRAN III - FOTO PROSES PENGUJIAN LAMPIRAN IV - HASIL PENGUJIAN PERLAKUAN ALKALI SERAT LAMPIRAN V - HASIL PENGUJIAN TARIK LAMPIRAN VI - HASIL PENGUJIAN KEKUATAN BENDING LAMPIRAN VII - HASIL PENGUJIAN IMPAK

x

A. LAPORAN HASIL PENELITIAN

xi

1 BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Komposit alam (Natural Composite) saat ini terus dikembangkan sebagai bahan alternatif pengganti bahan komposit sintetis. Keunggulan dari serat alam sebagai penyusun komposit adalah memiliki berat yang relatif lebih ringan, kekuatan dan kekakuan yang relatif cukup tinggi, dapat diolah secara alami dan ramah lingkungan. Limbah rambut manusia yang berasal dari tukang potong rambut lokal hingga sekarang belum dapat dioptimalkan penggunaannya karena belum ditemukan teknologi pengolahan yang tepat. Selama ini limbah potongan rambut manusia yang berukuran cukup panjang dapat dipergunakan sebagai sanggul, sedangkan rambut dengan ukuran yang relatif pendek hanya dibuang tanpa dapat dimanfaatkan sepenuhnya. Menurut wawancara dengan beberapa tukang rambut di wilayah Semarang menyatakan bahwa rata-rata orang laki-laki memotong rambutnya setiap 1,5 bulan dan bekas potongan rambutnya tidak dimanfaatkan karena memiliki ukuran yang relatif pendek. Kondisi seperti ini sehingga jumlah limbah potongan rambut manusia semakin bertambah. Rambut manusia sulit dihancurkan meskipun tertimbun didalam tanah dalam waktu yang lama. Hal ini memberikan fakta, betapa kuatnya rambut terhadap asam, larutan korosif dan kelembaban (Soekrisno, 1995). Maka dari itu limbah potongan rambut manusia memiliki potensi yang sangat besar untuk digunakan di bidang rekayasa, khususnya sebagai penguat bahan komposit. Penggunaan serat rambut sebagai penguat dalam komposit ada kecenderungan untuk terjadinya fiber pull out karena adanya lapisan bagian luar rambut yang menghalangi ikatan. Maka dari itu perlu diberikan perlakuan kimia serat salah satunya dengan perlakuan alkali NaOH sebelum dipergunakan sebagai penguat pada komposit agar dapat meningkatkan gaya ikatan (mechanical bonding) antara serat dan matrik (perekat).

B. RUMUSAN MASALAH Potongan rambut manusia yang diperoleh dari tukang potong rambut sebagian besar masih merupakan limbah yang belum sepenuhnya dapat dimanfaatkan penggunaannya. Mengingat sifat mekanis rambut manusia dalam bentuk komposit yang hampir menyamai kekuatan resin-serat kaca, dan pada pegujian tekuk (bending), komposit resin-rambut lebih

2 unggul (Soekrisno, 1995) ini merupakan suatu hal yang perlu mendapatkan perhatian untuk kelanjutan penelitian berikutnya. Mengingat sifat fisis dan mekanis limbah potongan rambut manusia tersebut maka rambut dapat dipergunakan sebagai penguat pada bahan alternatif interior dan eksterior otomotif dalam bentuk komposit. Selain itu, dengan memanfaatkan serat rambut manusia sebagai penguat pada komposit juga mendukung program pelestarian lingkungan karena dapat menggantikan serat sintetis yang tidak ramah terhadap lingkungan. Hal ini sangat tepat untuk kondisi saat ini untuk bahan komposit yang sedang diarahkan kemabali ke alam dalam bentuk Natural Composit (NaCo). Kita ketahui bahwa serat glass merupakan serat sintetis yang relatif mahal harganya dan tidak ramah terhadap lingkungan. Sedangkan rambut manusia merupakan limbah yang berharga sangat murah, mudah dicari dan ramah terhadap lingkungan. Akan tetapi penelitian yang mengarah kesana belum banyak yang melakukan. Oleh karena itu perlu sekali dilakukan penelitian serat rambut manusia sebagai penguat (reinforcement) pada komposit dengan matrik epoxy.

3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Perkembangan bahan komposit saat ini mengarah ke komposit alam atau Natural Composite (NACO) salah satunya dengan memanfaatkan serat alam sebagai penguatnya. Serat alam memiliki kelebihan disamping memiliki sifat mekanik yang tidak kalah dengan serat sintetis juga ramah terhadap lingkungan. Selain itu serat alam tidak mengakibatkan iritasi pada kulit apabila bersentuhan dengan kulit (Oksman dkk, 2003).

A. KOMPOSIT Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masingmasing material pembentuknya berbeda (Matthews dkk., 1993). Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat. Definisi yang lain yaitu, komposit merupakan rangkaian dua atau lebih bahan yang digabung menjadi satu bahan secara mikroskopis dimana bahan pembentuknya masih terlihat seperti aslinya dan memiliki hubungan kerja diantaranya sehingga mampu menampilkan sifat-sifat yang diinginkan (Mikell, 1996). Pada umumnya komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda yaitu: • Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan yang lebih rendah. • Penguat (reinforcement), umumnya berbentuk serat yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih kuat. Proses pembentukan lamina menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen dari sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnya tidak menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina

4 atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur. Terdapat dua jenis lamina, yaitu continous fiber laminate dan discontinuous fiber laminate. Continous fiber laminate, lamina jenis ini mempunyai lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina. Continous fiber laminate terdiri dari: 1. Unidirectional laminate (satu arah), yaitu bentuk laminate dengan tiap lamina mempunyai arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah seratnya. 2. Crossplien quasi-isotropoic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat yang saling silang tegak lurus satu sama lain antara lamina. 3. Random/woven fiber composite, lamina ini mempunyai susunan serat yang tidak beraturan satu sama lain. Discontinous fiber composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka laminate ini pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu: 1. Short Alighned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan keperluan setiap lamina. 2. In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau arahnya tidak teratur. Bahan penguat pada komposit dapat digolongkan menjadi empat bagian, yaitu butiran, lempeng (flaks), serat (fiber) dan lembaran. Serat biasanya harus lebih kuat dari matriknya sehingga kedudukan serat menjadi sangat vital karena dapat menentukan kekuatan sebuah komposit. Rambut memiliki jenis penampang (diameter) yang berlainan tergantung Negara dimana mereka tinggal, sehingga ada jenis rambut dengan bentuk penampang oval, melingkar dan eliptik. Akan tetapi yang berpengaruh terhadap sifat mekanik adalah diameter serat rambut tersebut (Kolar G dan Miller A, 1972). Hal ini juga dibenarkan oleh penelitian yang dilakukan oleh Robbins C.R dan Crawford R.J (1991). Serat rambut dapat memiliki sifat mekanik yang baik karena struktur penyususun rambut terdiri dari keratin yang membentuk rantai panjang dan teratur menyebabkan rambut bersifat kuat dan fleksibel (Robins CR, 1994). Menurut penelitian yang dilakukan oleh Maria V (2009) dihasilkan bahwa beban tarik rambut secara umum adalah (50-100) gram.

5 Sedangkan elastisitas rambut adalah (20-30)% dari panjangnya (untuk rambut kering) sedangkan untuk rambut basah atau kontak dengan air dapat mencapai 50% dari panjangnya. Penelitian pemanfaatan limbah potongan rambut manusia sebagai penguat (serat) pada komposit belum dioptimalkan. Berawal dari penelitian yang dilakukan oleh (Soekrisno, 1995) meneliti pemanfaatan serat rambut manusia sebagai penguat bahan komposit dengan matrik poyiester. Spesimen dibuat dengan (3, 6, 9, 12 dan 18) %berat serat rambut manusia dengan matrik polyester dengan pembanding komposit serat glass-polyester. Hasil pengujian tarik diperoleh bahwa komposit rambut-polyester dengan prosentase serat 12% menunjukkan harga terbaik karena dengan serat 18 %berat sudah mengalami penurunan kekuatannya. Hal ini kemungkinan besar disebabkan karena terlalu padatnya serat rambut, sehingga resin terlalu tipis untuk melawan tegangan geser. Akan tetapi komposit dengan serat 6 % dalam pengujian tekuk menunjukkan harga yang terbaik, sebab dengan serat 12 % sudah mengalami penurunan kekuatan, apalagi dengan serat 18% jauh lebih lemah. Jadi komposit resin-rambut mempunyai kekuatan tarik hampir menyamai kekuatan resin-serat kaca, dan pada pegujian tekuk (bending), komposit resin-rambut lebih unggul. Pada beban tekuk seperti terlihat pada Gambar 2.1 serat rambut terlepas dari resin, jadi serat tidak putus tetapi delaminating atau sering disebut dengan fiber pull out. Hal ini menunjukkan lemahnya gaya adesif antara serat rambut dengan matrik polyester.

Gambar 2.1. Pengujian Beban Tekuk Komposit Rambut-Polyester (Soekrisno, 1995)

6 B. PERLAKUAN ALKALI SERAT Kekuatan komposit serat alam dapat ditingkatkan dengan 2 cara yaitu dengan memberikan perlakuan kimia serat atau dengan penambahan coupling agent (Ronal FG, 1994). Akan tetapi perlakuan kimia serat yang sering dilakukan adalah perlakuan alkali seperti NaOH, karena lebih ekonomis. Seperti penelitian yang dilakukan oleh (Diharjo, 2006) bahwa serat rami yang akan dipergunakan sebagai penguat pada komposit serat rami-polyester terlebih dahulu dilakukan perlakuan kimia, perlakuan alkali yaitu dengan direndam dalam larutan (5% NaOH) selama 0, 2, 4, 6 jam. Selanjutnya, serat tersebut dicuci menggunakan air bersih dan dikeringkan secara alami. Matrik yang digunakan dalam penelitiannya adalah resin unsaturated polyester 157 BQTN dengan hardener MEKPO 1% (v/v). Komposit dibuat dengan metode cetak tekan pada Vf ≈ 35%. Semua spesimen dilakukan post cure pada suhu 62 oC selama 4 jam. Spesimen uji tarik dibuat mengacu pada standar ASTM D-638. Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik dan perpanjangan diukur dengan menggunakan extensometer. Penampang patahan diselidiki untuk mengidentifikasi mekanisme perpatahannya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan dan regangan tarik komposit memiliki harga optimum untuk perlakuan serat 2 jam, yaitu 190.27 MPa dan 0.44%. Komposit yang diperkuat serat yang dikenai perlakuan 6 jam memiliki kekuatan terendah. Penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan 0, 2, dan 4 jam diklasifikasikan sebagai jenis patah slitting in multiple area. Sebaliknya, penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan 6 jam memiliki jenis patah tunggal. Peneliti lain yang sejenis dilakukan oleh (Lokantara, 2007) yang meneliti arah dan perlakuan serat tapis serta rasio epoxy hardener terhadap sifat fisis dan mekanis komposit tapis/epoxy dengan cara mempersiapkan serat yang dipotong-potong dan direndam dalam larutan NaOH selama 15 menit. Setelah itu serat tapis dibilas sampai bersih pada air yang mengalir selama 7-8 menit. Kemudian serat tapis dikeringkan kembali selama 2 hari. Penelitian yang dilakukan oleh Karnani et. al., 1997 bahwa kekuatan tarik komposit serat alam kenaf-polipropilene (PP) dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) 2% dengan panjang serat 1,58 cm. Kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa MAPP pada prosentase berat (20, 40 dan 60)% adalah 26,9 Mpa, 27,1 Mpa dan 27,4

7 Mpa. Pada penambahan prosentase berat yang sama, penambahan MAPP mampu meningkatkan kekuatannya menjadi 32,7 Mpa, 41,3 Mpa dan 53,8 Mpa. Penelitian yang senada dilakukan oleh Rowel et al., 1999 yang meneliti komposit serat alam kenaf yang dipotong sepanjang 1 cm dengan matrik polipropilene (PP) yang dihasilkan bahwa kekuatan dan modulus tarik komposit memiliki lebih tinggi dari pada dengan PP saja. Dan sifat mekanis tersebut dapat ditingkatkan lagi dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) sebagai coupling agent. MAPP ini berfungsi meningkatkan kompatibilitas dan adhesive antara matrik dengan serat. Pada fraksi berat serat 60 % kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa dan dengan MPP 2% adalah 3,5 Mpa dan 7,5 Mpa. Dari hasil kedua penelitian diatas menunjukkan bahwa pada komposit kenaf acak panjang dengan matrik unsaturated polyester (UPRs) dengan melakukan penambahan panjang serat akan meningkatkan sifat mekanis dari komposit. Hal ini juga dibenarkan oleh (Gibson, 1994) yang menyatakan bahwa salah satu faktor yang mempengaruhi kekuatan dari komposit adalah jenis serat dan matrik. Pasangan serat dan matrik yang baik akan meningkatkan sifat material tersebut. Disamping itu faktor lain yang berperan serta dalam kekuatan komposit adalah diameter serat, panjang serat, orientasi sudut serat, distribusi serat dan kandungan serat. Jamasri (2005) melakukan penelitian komposit serat buah sawit acak bermatrik polyester. Limbah serat sawit dicuci dengan air dan dikeringkan secara alami didalam ruangan. Untuk mengetahui kandungan air serat dilakukan dengan pemanasan dalam oven pada suhu 62oC. Serat dengan diamater 1 mm dengan panjang 4-6 cm dipergunakan sebagai penguat pada komposit dengan matrik unsaturated polyester dengan resin 157 BQTN (UPRs) dan 1% (w/w) hardener metil etil keton peroksid (MEKPO). Pembuatan komposit dilakukan dengan metode cetak tekan untuk variasi fraksi berat serat (19, 27, 30, 36 dan 42)%. Semua sampel dilakukan post cure pada suhu 62oC selama 4 jam. Sampel uji tarik dibuat dari komposit flat hasil pencetakan, yang dipotong dengan gerinda tangan. Spesimen tersebut dibentuk dengan mangacu pada standard ASTM D 638 (ASTM, 2002) dengan panjang ukur spesimen 50 mm. Hasil pengujian yang dilakukan diperoleh bahwa peningkatan kekuatan tarik secara linier untuk penambahan fraksi berat serat. Sedangkan harga modulus dan regangan patah

8 untuk fraksi berat serat sampai 30% tidak memberikan peningkatan yang signifikan dan terjadi peningkatan yang signifikan pada fraksi berat serat diatas 36%. Arif (2008) meneliti pengaruh fraksi volume serat kelapa pada komposit matrik poliester terhadap kekuatan tarik, impak dan bending dengan mempersiapkan serat kelapa dengan panjang 1 cm. Serat kelapa dengan panjang 1 cm dicampur dengan matrik polyester dengan variasi farksi volume serat sebesar 5%, 10%, 20% dan 30%. Hasil pengujian didapatkan kekuatan mekanik terbaik tensile strength 3,63 kg/mm² pada komposit dengan fraksi volume 30%, modulus elastisitas 40,33 kg/mm² pada fraksi volume 30%, elongation 0,19 pada fraksi volume 5%, flexural strength 3,18 kg/mm² pada fraksi volume 30%, flexural modulus 118,18 kh/mm² pada fraksi volume 30% dan impact strength 2,61J/m² pada komposit dengan fraksi volume 30%. Penelitian penggunaan serat dari alam juga pernah dilakukan oleh Dody Y, 2004 yaitu penggunaan serat rami (Boehmeria Nivea) untuk aplikasi panel interior otomotif dengan menggunakan matrik epoxy dalam bentuk komposit. Pengujian yang dilakukan untuk mengetahui mechanical properties material adalah uji tarik dengan mengacu standard pengujian pada standard ASTM D 3039 / D 3039 M dan uji geser serta pengujian material sebagai bahan interior otomotif dengan standard SAE J 1717 untuk uji impak, uji kestabilan dimensi pada temperatur kerja, uji dimensi pada siklus panas-dingin dan uji ketahanan warna. Pembuatan bahan komposit dengan menggunakan metode hand lay up dan srpay up. Proses diawali dengan melapisi permukaan cetakan dengan bahan pelapis (release agent) berupa wax atau silicon untuk memudah pelepasan komposit dari cetakannya. Setelah itu serat dalam bentuk met atau roving diletakkan pada permukaan cetakan dan cairan resin dilepaskan pada serat tersebut. Untuk mencegah gelembung-gelembung udara yang terperangkap digunakan roller atau kuas sekaligus untuk meratakan resin. Untuk memperkuat komposit, proses dilanjutkan dengan menambahkan satu atau lebih serat pada cetakan dan diulangi dengan pelapisan resin. Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa untuk fraksi volume fiber 0,3, o,4 dan 0,5 diperoleh kekuatan tarik 36,63 Mpa, 37,032 Mpa dan 52,16 Mpa yang ketiganya memenuhi kriteria mechanical properties untuk interior otomotif dengan kekuatan tari 47 Mpa pada fraksi volume fiber 0,5. Hasil pengujian kestabilan dimensi pada temperatur kerja dengan nilai prosentase perubahan rata-rata 0,211 %, kestabilan dimensi pada siklus panasdingin dengan nilai prosentase perubahan rata-rata pada siklus I adalah 0,211 %, siklus II =

9 0,131 % dan siklus III = 0,027%. Ketahanan warna dengan nilai perbandingan warna 1 dari standard warna, sedangkan impak dingin dengan hasil tidak pecah pada beban 2 Joule.

C. PENGUJIAN TARIK KOMPOSIT Kekuatan tarik komposit sangat tergantung pada seberapa besar perbandingan antara serat sebagai penguat dan matrik yang dipergunakan. Perbandingan ini sering disebut sebagai fraksi volume serat (Vf) dan fraksi berat serat (Wf). Akan tetapi kebanyakan digunakan fraksi volume serat dengan pertimbangan yang berpengaruh dalam kekuatan tarik adalah luas penampang serat bukan berat berat serat. Fraksi volume serat dapat dihitung dengan persamaan (Shackelford, 1992) berikut: Wf

Vf =

Wf

ρf

ρf

+ Wm Vm

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

Analisis kekuatan komposit banyak dilakukan dengan mengasumsikan ikatan antara serat dan matrik adalah solid tanpa adanya geseran dan dianggap deformasi serat dan matrik adalah sama. Sehingga kekuatan tarik komposit dapat dihitung dengan persamaan berikut:

σ =

P A .................................................................................................................................... (2)

Regangan dapat dihitung dengan persamaan:

ε=

li − l o ∆l = lo lo ...................................................................................................................... (3)

Berdasarkan kurva σ-ε dapat dicari modulus elastisitas dengan menggunakan rumus:

E=

∆σ ∆ε .................................................................................................................................. (4)

D. PENGUJIAN KEKUATAN BENDING KOMPOSIT Pengujian Kekuatan Bending dapat dilakukan dengan Metode Three Point Bending atau Metode Four Point Bending menurut kondisi dari benda uji yang dipergunakan. Biasanya pada benda uji dengan kerataan yang kurang begitu sempurna dilakukan dengan Metode Three Point Bending, akan tetapi dengan hasil yang kurang maksimal apabila dipergunakan Metode Four Point Bending. Hal ini disebabkan terjadi konsentrasi

10 pembebanan pada Metode Three Point Bending. Ilustrasi dari pengujian kekuatan bending dengan Metode Three Point Bending seperti tampak pada Gambar 2.2. P W B

L

Gambar 2.2. Bentuk spesimen untuk pengujian Kekuatan Bending Setelah dilakukan pengujian bending, untuk mendapatkan Angka Kekuatan Bending digunakan persamaan berikut: 3PL σMOR = 2BW2

……………...……………………………… (5)

Dengan: P = Gaya pembebanan (N) L = Jarak antar tumpuan (mm) B = Lebar spesimen (mm) W = Tinggi spesimen (mm)

E. PENGUJIAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT Pengujian kekuatan impak adalah suatu respon terhadap beban kejut atau beban secara mendadak (beban impak) (Calliester, 2007) dengan tujuan mengukur besarnya energi yang terserap oleh material hingga material tersebut mengalami kerusakan. Spesimen untuk pengujian impak diberikan takikan berbentuk V untuk memberikan konsentrasi tegangan apabila spesimen mengalami pembebanan. Pembebanan diperoleh dari tumbukan pendulum yang dilepaskan dengan ketinggian tertentu (h) yang menabrak spesimen tepat ditengah takik V tersebut. Pendulum akan meneruskan ayunan ketika mematahkan spesimen untuk mencapai ketinggian maximum (h’). Perhitungan energi impak yang diserap berdasarkan perbedaan antara h’ dan h yaitu (mghmgh’). Energi serap = Energi awal – Energi yang tersisa = mgh = mgh’

11 = mg(R-Rcos α) – mg(R-R cosβ) = mgR(cosβ - cos α) ......................................................................... (6) Dengan: Energi serap

= (Joule)

R

= Panjang lengan (m)

g

= Percepatan gravitasi (m/s2)

m

= Berat pendulum (kg)

α

= Sudut pendulum sebelum diayunkan (o)

β

= Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan specimen (o)

Harga kekuatan impak dapat dihitung dengan cara berikut:

HI =

Energi Serap .................................................................................................. (7) Ao

dengan: HI

= Harga Impak (J/mm2)

Energi Serap = (Joule) Ao

= Luas penampang (mm2)

12 BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

A. TUJUAN PENELITIAN Tujuan utama dari penelitian ini adalah merencanakan dan membuat prototype komponen interior dan exterior otomotif dari bahan limbah rambut manusia sebagai penguat (reinforcement) dengan matrix epoxy. Penelitian ini akan dilakukan dalam jangka waktu dua tahun dengan tujuan memperoleh hasil yang optimum dengan mempertimbangkan beberapa variabel yaitu lama waktu perendaman (5% NaOH), panjang serat rambut dan fraksi volume serat rambut. 1) Pada tahun pertama, meneliti pengaruh perlakuan Alkali serat rambut manusia dengan melakukan perendaman serat pada (5% NaOH) selama (0, 30, 60, 90 dan 120) menit. Setelah serat rambut dikeringkan di udara bebas, ditambahkan sebesar 30% volume serat ke dalam epoxy dan hardener untuk dibuat material komposit. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode press yang dicetak dengan menurut standard ASTM D 368 yang selanjutnya dilakukan pengujian tarik. Hasil pengujian tarik yang diikuti dengan pengamatan patahan penampang specimen dapat ditentukan mechanical properties komposit yang terbaik untuk waktu perendaman serat rambut dalam larutan 5% NaOH. Selanjutnya waktu perendaman serat rambut yang terbaik dipergunakan untuk pembuatan specimen dengan memvariasi fraksi volume serat rambut. Fraksi volume serat rambut di variasi dari 0% sampai dengan 70% dengan penambahan 10%. Pembuatan specimen dilakukan menurut standard yang sudah ada untuk pengujian tarik, kekuatan bending dan impak. Sedangkan pengamatan permukaan patahan akibat pembebanan dilakukan dengan menggunakan mikroskop optic guna mengetahui jenis patahan yang terjadi. 2) Pada tahun kedua, menguji material sebagai bahan interior dan eksterior otomotif dengan mengacu standard SAE (Society of Automotive Engineers) J 1717 untuk uji kestabilan dimensi pada temperature kerja, uji dimensi pada siklus panas dingin, serta uji ketahanan warna. Setelah itu dilakukan pembuatan prototype komponen interior dan exterior otomotif dalam skala pabrik dan diujicobakan pada kendaraan.

13 B. MANFAAT PENELITIAN Manfaat yang dapat diambil dari kegiatan penelitian ini adalah: -

Memberikan solusi dalam mengurangi penggunaan material sintetis untuk pembuatan interior dan eksterior otomotif.

-

Memanfatkan limbah rambut manusia dari bekas tukang rambut manusia yang cenderung belum dapat dimanfaatkan terutama potongan rambut dengan ukuran yang pendek.

-

Memberikan sumbangan data mengenai sifat fisis dan mekanis komposit matrik epoxy yang diperkuat dengan serat rambut manusia.

-

Sebagai upaya untuk mendukung program pelestarian lingkungan hidup.

14 BAB IV METODE PENELITIAN

A. KERANGKA PIKIR Penelitian direncanakan dalam beberapa tahap agar diperoleh hasil yang optimal. Penelitian dibagi menjadi dua tahap, yaitu tahap pertama untuk penelitian pada tahun pertama dan tahap kedua untuk penelitian pada tahun berikutnya. Pada tahun pertama, penelitian difokuskan pada pencarian mechanical properties bahan komposit rambut manusia-epoxy yaitu mengenai kekuatan tarik, kekuatan bending dan impak. Selain itu juga diamati permukaan patahan akibat pembebanan yang terjadi untuk menentukan jenis patahan yang terjadi. Pada tahap kedua , penelitian difokuskan pada manufaktur prototype interior dan eksterior otomotif dengan menggunakan bahan komposit rambut manusia-epoxy. Akan tetapi sebelumnya dilakukan pengujian terlebih dahulu mengenai kestabilan dimensi pada temperature kerja, kestabilan dimensi pada siklus panas dingin dan ketahanan warna bahan komposit yang dibuat. Gambaran secara global kerangka pikir seperti pada Gambar 4.1.

Penelitian Tahun Ke-I: Judul : Pengaruh Perlakuan Alkali dan Penambahan Serat Rambut Manusia terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serat Rambut-Epoxy Tujuan : -

Meneliti pengaruh waktu perendaman serat di dalam NaOH (perlakuan alkali) terhadap sifat fisis dan mekanis serat.

-

Menetukan waktu perendaman serat dalam NaOH yang memiliki sifat fisis dan mekanis yang terbaik.

-

Mencari fraksi volume serat rambut dalam epoxy dalam bentuk komposit yang terbaik sifat fisis dan mekanisnya.

-

Mengamati struktur mikro komposit rambut-epoxy

-

Mengamati permukaan patahan dan menentukan jenis patahan yang terjadi pada bahan komposit rambut-epoxy.

15 (Penelitian terdahulu) Judul : -Manfaat Rambut sebagai Penguat Bahan Komposit (Soekrisno, 1995) -Pemanfaatan Limbah Serat Sabut Kelapa sebagai Bahan Pembuat Helm Pengendara Kendaraan Roda Dua (Muh Amin dan Fuad Abdillah, 2009)

(PENELITIAN PADA TAHUN KE-I) Judul : Pengaruh Perlakuan Alkali dan Penambahan Serat Rambut Manusia terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serat Rambut-Epoxy Material yang diteliti : - Rambut manusia sebagai reinforcement - Epoxy sebagai matrik Pengujian

: - Perlakuan Alkali serat dengan NaOH - Variasi % volume serat dalam komposit

Luaran

: - Sifat fisis dan mekanis serat rambut terbaik - Lama waktu perendaman serat rambut dalam NaOH terbaik - Fraksi volume serat terbaik dalam komposit epoxy

(PENELITIAN PADA TAHUN KE-II) Judul : Rancang Bangun Interior dan Eksterior Otomotif dari Bahan Komposit Serat Rambut-Epoxy Material yang diteliti

: - Rambut manusia sebagai reinforcement - Epoxy sebagai matrik

Pengujian

: - Uji kestabilan dimensi pada temperature kerja - Uji kestabilan dimensi pada siklus panas dingin - Uji ketahanan warna - Uji impak dingin

Luaran

: - Prototype interior dan eksterior otomotif - Potensi Hak Kekayaan Intelektual (HKI) Gambar 4.1. Kerangka Pikir Penelitian

16 B. MATERIAL PENELITIAN Material utama yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah limbah rambut manusia dan epoxy. Limbah rambut manusia yang diperoleh dari tukang rambut dipergunakan sebagai penguat (reinforcement) pada komposit yang akan dibuat. Pemilihan rambut manusia sebagai penguat pada komposit karena mengingat rambut manusia memiliki sifat mekanis yang sebanding dengan serat e-glass. Selain itu selama ini belum ditemukan adanya bahan interior maupun eksterior otomotif yang memanfaatkan rambut manusia sebagai penguatnya dalam bentuk komposit. Sedangkan matrik yang akan dipergunakan dalam komposit adalah epoxy.

C. ALAT PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan menggunakan peralatan: timbangan digital, alat pemotong (gunting), gelas ukur, pipet ukur, mixer, stop wacth, vacum, cetakan spesimen, Universal Testing Machne, Furnace, Alat Uji Kekerasan, Alat Uji Impak dan Mikrockop Optik.

D. RANCANGAN (DESIGN) RISET Persiapan bahan-bahan yang diperlukan yaitu limbah rambut orang Indonesia yang diperoleh dari tukang potong rambut (salon), 5% NaOH, Epoxy, Hardener MEKPO 1%(v/v). Limbah rambut dicuci sampai bersih dan dikeringkan sampai kering di dalam ruang terbuka tanpa kena sinar matahari langsung. Perlakuan serat rambut dilakukan dengan perendaman dalam 5% NaOH selama (0, 30, 60, 90, 120) menit untuk dicari sifat fisis dan mekanis yang terbaik (terutama kekuatan tariknya dengan uji tarik). Setelah direndam, serat rambut ditiriskan supaya kering dan dikeringkan lebih lanjut dalam furnace dengan suhu 62oC selama 4 jam. Setelah itu rambut dibiarkan dingin sampai suhu kamar seperti pada Gambar 4.2. Serat rambut yang sudah kering ditambahkan pada matrik epoxy dengan jumlah 30% volume untuk dibuat material komposit. Pembuatan material komposit terlebih dahulu dilakukan pencampuran antara serat dan matrik yang selanjutnya dituang pada cetakan spesimen uji tarik dengan standard ASTM D-638 M yang sebelumnya sudah disediakan terlebih dahulu. Hasil dari perlakuan alkali serat rambut yang diuji dengan menggunakan uji tarik dipergunakan sebagai acuan dalam pembuatan material komposit berikutnya.

17

Mulai PERLAKUAN SERAT RAMBUT MANUSIA Rambut direndam dalam (5% NaOH) selama

(0, 30, 60, 90, 120) Menit Serat rambut dikeringkan pada suhu 62 C selama 4 jam dengan Drying Oven o

PEMBUATAN KOMPOSIT

30% vol. Serat Rambut

70% vol. Epoxy + Hardener

Mixing selama 15 menit dengan putaran 250 rpm Pembuatan Mal dari bahan stainless steel dengan Mesin CNC Menyiapkan kaca sebagai landasan media cetakan

Campuran bahan dimasukkan ke dalam Ruang Vakum Penuangan bahan campuran ke dalam cetakan spesimen Pengeringan dengan Drying Oven pada suhu 62oC selama 4 jam dan dibiarkan sampai pada suhu kamar

PENGUJIAN KOMPOSIT: - Uji Tarik - Pengamatnan Struktur Mikro

Evaluasi Data dan Pembahasaan

Selesai

Gambar 4.2. Pembuatan Komposit untuk mengetahui pengaruh Perlakuan Alkali Serat

18 Pada tahap berikutnya, pembuatan komposit dilakukan dengan memvariasi serat rambut dengan (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 dan 70)% Volume dengan matrik Epoxy dan Hardener MEKPO 1%(v/v) seperti pada Gambar 4.3. Pencampuran dilakukan dengan Mixer selama 15 menit dengan 250 rpm. Sebelum bahan campuran dituang ke dalam cetakan terlebih dahulu dimasukkan kedalam ruang vakum untuk menghilangkan gelembunggelembung udara yang ditimbulkan akibat pencampuran. Setelah dilakukan pemvakuman selama 5 menit, bahan campuran dituang ke dalam cetakan spesimen. Akan tetapi sebelumnya mal atau pola yang dipergunakan sebagai cetakan dibuat terlebih dahulu dengan bantuan Mesin Produksi. Mal dari bahan stainless steel tersebut diletakkan pada selembar kaca dengan menggunakan isolasi bolak-balik. Setelah itu diolesi dengan grease agar hasil cetakan dapat diambil dengan mudah. Pengeringan pada suhu 62oC pada furnace selama 4 jam dan dibiarkan diudara bebas sampai suhu kamar. Setelah dingin, spesimen dilakukan pengeluaran dari cetakan dan selanjutnya dilakukan pemeriksaan terhadap kepresisiannya. Dengan menggunakan ampelas dapat dipergunakan untuk mengurangi bagian-bagian yang keluar dari spesifikasi spesimen uji. Apabila ada spesimen yang tidak memiliki ukuran yang sesuai standard sepesimen uji akan dibuang dan akan digantikan dengan spesimen yang baru. Setelah jumlah dan geometri spesimen uji sudah sesuai dengan yang direncanakan, baru dapat dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan menurut bentuk spesimen uji yang dibuat. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik, kekuatan bending dan impak. Selain itu juga dilakukan pengujian struktur mikro untuk mengetahui penyebaran serat rambut pada matrik epoxy. Pengamatan patahan permukaan akibat uji kekuatan bending akan dilakukan pengamatan dengan SEM untuk menentukan jenis patahan yang terjadi. Hasil pengujian dicatat dan diakukan analisa hasil pengujian dalam bentuk laporan penelitian.

E. BENTUK SPESIMEN Bentuk dan ukuran spesimen uji akan dibuat dengan menggunakan strandard pengujian yang sudah ada, yaitu: 1. Spesimen Uji Tarik Spesimen Uji Tarik dibuat dengan mangacu pada Standard ASTM D 638 seperti pada Gambar 4.4.

19

Mulai Serat Rambut dengan perlkuan alkali yang terbaik sifat mekaniknya PEMBUATAN KOMPOSIT

0% vol. Serat Rambut

10% vol. Serat Rambut

20% vol. Serat Rambut

30% vol. Serat Rambut

40% vol. Serat Rambut

50% vol. Serat Rambut

Dicampur dengan Epoxy dan Hardener

MEKPO 1% (v/v) Mixing selama 15 menit dengan putaran 250 rpm Pembuatan Mal dari bahan stainless steel dengan Mesin CNC Menyiapkan kaca sebagai landasan media cetakan

Campuran bahan dimasukkan ke dalam Ruang Vakum Penuangan bahan campuran ke dalam cetakan spesimen Pengeringan dengan Drying Oven pada suhu 62oC selama 4 jam dan dibiarkan sampai pada suhu kamar

PENGUJIAN KOMPOSIT: - Uji Tarik - Uji Kekerasan - Uji Kekuatan Bending - Uji Impak - Pengamatnan Struktur Mikro - Pengamatan perpatahan dengan SEM Evaluasi Data dan Pembahasaan

Selesai

Gambar 4.3. Pembuatan Komposit dengan Variasi Penambahan Serat Rambut Manusia

20

Gambar 4.4. Geometri dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik ASTM D-638 M 2. Spesimen Uji Bending. Spesimen balok dibuat mengacu pada Standard JIS R 1601 seperti pada Gambar 4.5.

Gamabar 4.5. Geometri dan Spesimen Uji Bending Standard JIS R 1601

3. Spesimen Uji Impak. Spesimen uji tarik dibuat dengan mangacu pada Standard ASTM D 638 seperti pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Geometri dan Spesimen Uji Standard ASTM D 638

F. VARIABEL PENELITIAN •

Variabel tetap yaitu: kadar NaOH sebagai media perendam serat rambut yaitu 5%, suhu dan lama pengeringan serat pada dry oven, kecepatan dan waktu yang dibutuhkan untuk mixing campuran antara penguat (reinforcement) dan matrix, jumlah hardener yang harus ditambahkan dalam campuran, tekanan vakum pada ruang vakum, suhu dan lama pengeringan specimen (komposit) pada dry oven, panjang serat rambut manusia, jumlah specimen uji dan jenis perlakuan pengujian yang dilakukan.

21 •

Variabel berubah yaitu:, prosentase serat rambut yang ditambahkan pada matrik, waktu perendaman serat rambut dalam NaOH, % volume serat rambut yang diberikan, % volume matrik yang harus ditambahkan.

•

Variabel respon yaitu: harga kuat tarik, kekuatan bending, impak, struktur mikro permukaan, struktur mikro perpatahan dan jenis/model patahan yang terjadi dari komposit.

G. VARIASI PENGUJIAN Jumlah spesimen yang dibuat pada penelitian ini adalah sesuai pada Tabel 4.1 dan 4.2. Tabel 4.1. Variasi Pengujian dan Jumlah Specimen Uji Tarik pada Perlakuan Alkali Serat Rambut Manusia Waktu Perendaman Jumlah Spesimen Serat (Menit) Uji Tarik 0

3

30

3

60

3

90

3

120

3

TOTAL

15

Tabel 4.2. Variasi Pengujian dan Jumlah Specimen Uji JUMLAH SPESIMEN

% VOL

SERAT UJI TARIK UJI BENDING UJI IMPAK

JUMLAH

0

3

3

3

9

10

3

3

3

9

20

3

3

3

9

30

3

3

3

9

40

3

3

3

9

50

3

3

3

9

60

3

3

3

9

70

3

3

3

9

TOTAL

72

22 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian dalam penelitian ini diawali dengan melakukan perlakuan alkali serat dalam hal ini adalah limbah potongan rambut manusia yang diperoleh dari tukang potong lokal. Perlakuan serat dilakukan dengan melakukan perendaman serat dalam larutan 5% NaOH dengan berbagai variasi waktu perendaman (0, 30, 60, 90 dan 120) menit. Tujuan dari perlakuan alkali serat ini adalah untuk menghilangkan lapisan minyak yang ada pada permukaan lapisan luar rambut, sehingga diharapkan dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis komposit dengan menggunakan serat rambut tersebut. Sifat fisis dan mekanis dari serat rambut manusia yang terbaik dipergunakan sebagai pembuatan komposit dengan variasi penambahan serat rambut (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, dan 70) % volume. Pengujian dilakukan dengan uji tarik, bending dan impak. Penyebaran serat rambut pada matrik epoxy digunakan mikroskop optik untuk melihat secara visul struktur makro komposit tersebut. Dengan menggunakan mikroskop juga dipergunakan untuk menentukan jenis patahan yang terjadi akibat pengujian.

A. PERLAKUAN ALKALI SERAT RAMBUT MANUSIA Perlakuan alkali serat rambut dilakukan guna menghilangkan lapisan minyak pada bagian luar rambut manusia. Lapisan minyak pada rambut tersebut akan menghalangi gaya ikat antara matrik dan penguatnya sehingga mechanical properties komposit akan rendah. Sehingga sebelum serat rambut dipergunakan sebagai penguat pada matrik epoxy terlebih dahulu dilakukan perlakuan alkali serat. Perlakuan alkali serat dilakukan dengan melakukan perendaman serat kedalam 5% larutan NaOH selama (0, 30, 60, 90 dan 120) menit. Hasil penelitian pengaruh perlakuan alkali serat rambut manusia dapat dilihat pada Tabel 5.1 yaitu bahwa dengan bertambahnya waktu perendaman serat rambut didalam larutan 5% NaOH akan meningkatkan harga tegangan tarik, regangan dan modulus elstisitas. Perendaman serat rambut selama 60 menit menunjukkan harga yang optimum untuk Tegangan Tarik dan regangan yaitu 28,862 MPa dan 0,18 %. Pada serat rambut yang tidak dilakukan perlakuan alkali memiliki mechanical bonding yang lemah karena ikatan antara serat dengan matrik tidak dapat sempurna karena terhalang oleh adanya lapisan minyak pada rambut manusia. Dengan dilakukannya perlakuan

23 alkali serat ini adalah untuk menghilangkan lapisan minyak pada rambut agar terjadi ikatan yang kuat antara serat dengan matriknya. Akan tetapi dengan perlakuan alkali yang terlalu lama akan menyebabkan rusaknya serat rambut (serat rambut menjadi rapuh). Sehingga komposit yang diperkuat dengan serat dengan waktu perendaman yang lebih lama menyebebkan turunnya kekuatan tarik seperti pada Gambar 5.1.

Tabel 5.1. Kekuatan Tarik Komposit Serat Rambut Manusia Perlakuan Alkali

Tegangan Tarik

Regangan

Modulus Elastisitas

(5% NaOH)

(MPa)

(%)

(GPa)

0

Menit

25.038

0.16

160.502

30

Menit

25.622

0.15

175.495

60

Menit

28.862

0.18

163.991

90

Menit

24.271

0.15

163.991

120

Menit

20.745

0.11

188.589

TEGANGAN TARIK-PERLAKUAN ALKALI

Tegangan Tarik (MPa)

40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 0

20

40

60

80

100

120

140

Perlakuan Alkali % NaOH (Menit)

Gambar 5.1. Kurva Hubungan Tegangan Tarik vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH)

Harga optimum regangan dari komposit ketika dilakukan pembebanan tarik dicapai pada perlakuan alkali serat selama 60 menit seperti pada Gambar 5.2. Setelah lebih dari 60 menit serat sudah mengalami kerusakan sehingga mudah patah. Akan tetapi dengan waktu perendaman kurang dari 60 menit, lapisan minyak pada rambut masih tersisa sehingga

24 menyebabkan rendahnya regangan. Hal ini disebabkan lepasnya ikatan antara serat dengan matrik yang diakibatkan oleh tegangan geser dipermukaan serat. Kegagalan tersebut didominasi oleh lepasnya ikatan serat dengan matrik matrik yang sering disebut dengan ”fiber ” pull out”. REGANGAN-PERLAKUAN REGANGAN ALKALI 0.200

Regangan(%)

0.175 0.150 0.125 0.100 0.075 0.050 20

0

40

60

80

100

120

140

Perlakuan Alkali % NaOH (Menit)

2. Kurva Hubungan Regangan vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH) Gambar 5.2.

MODULUS ELASTISITAS-PERLAKUAN ELASTISITAS ALKALI

Modulus Elastisitas (GPa)

220.000 200.000 180.000 160.000 140.000 120.000 0

20

40

60

80

100

120

140

Perlakuan Alkali % NaOH (Menit)

Gambar 5.3. 3. Kurva Hubungan Modulus Elastisitas vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH)

Modulus elastisitas komposit dengan serat rambut rambut manusia juga berubah dengan adanya perlakuan alkali serat yang dipergunakan (Gambar 5.3).. Dengan bertambahnya waktu

25 perendaman serat menunjukkan penurunan elastisitas serat. Hal ini disebabkan adanya penurunan harga regangan yang cukup signifikan ketika serat dilakukan perendaman yang terlalu lama (lebih dari 60 menit).

B. PENGUJIAN TARIK KOMPOSIT Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan standar uji ASTM D 368 D dengan menyiapkan speseimen dalam mebntuk komposit terlebih dahulu. Material komposit dibuat dengan menyiapkan serat hasil perlakuan alkali serat rambut manusia selama 60 menit yang dikeringkan di udara bebas terlebih dahulu sebelum dibuat komposit. Hasil pengujiaan tarik menunjukkan terjadi peningkatan harga tegangan tarik seiring dengan bertambahnya fraksi volume serat rambut. Harga tegangan tarik maksimum dicapai pada penambahan fraksi volume serat rambut manusia sebesar 30% yaitu sebesar 28,783 MPa. Penambahan fraksi volume serat rambut manusia lebih dari 30 % terus mengalami penurunan karena semakin berkurangnya matrik yang berfungsi mengikat serat rambut. Jadi ikatan bonding antara serat dengan matrik semakin rendah. Sehingga kekuatan tarik komposit semakin rendah seperti pada gambar 5.4. Demikian halnya dengan regangan yang terjadi pada komposit rambut manusia/epoxy ini. Regangan terbesar terjadi pada penambahan fraksi volume serat sebesar 30 % seperti tampak pada Gambar 5.5. Sedangkan modulus elastisitas (Gambar 5.6) terjadi penurunan seiring dengan bertambahnya fraksi volume serat rambut manusia. TEGANGAN TARIK - FRAKSI VOLUME

Tegangan Tarik (MPa)

35 30 25 20 15 10 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Fraksi Volume Serat (%)

Gambar 5.4. Hubungan Tegangan Tarik – Fraksi Volume Komposit Rambut Manusia/Epoxy

26 REGANGAN - FRAKSI VOLUME SERAT

Regangan (mm/mm)

0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Fraksi Volume Serat (%)

Gambar 5.5. Hubungan Regaang – Fraksi Volume Komposit Rambut Manusia/Epoxy

Moduus Elastisitas Tarik (MPa)

MODULUS ELASTISITAS - FRAKSI VOLUME 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Fraksi Volume Serat (%)

Gambar 5.6. Hubungan Modulus Elastisitas – Fraksi Volume Komposit Rambut Manusia/Epoxy C. PENGUJIAN KEKUATAN BENDING KOMPOSIT Pengujian kekuatan bending komposit serat rambut manusia/epoxy dilakukan dengan metode Three Point Bending (Gambar 5.7) yang mengacu pada standard JIS R 1601. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terjadi peningkatan harga kekuatan bending komposit yang seiring dengan bertambahnya fraksi volume serat hal ini menunjukkan bahwa ada pengaruh kekuatan serat pada komposit sebagai penguat matrik. Seperti pada gambar 5.8 menunjukkan bahwa terjadi harga optimum untuk kekuatan bending kompsit serat rambut manusia/epoxy yaitu sebesar 90.531 MPa yang terjadi pada fraksi volume serat sebesar 30 %. Penambahan fraksi volume serat rambut manusia lebih dari 30 % volume sudah mengalami penurunan.

27 Penambahan serat lebih dari 30 % volume volume menunjukkan terjadi lemahnya gaya ikat antara matrik dengan penguat karena semakin kurangnya jumlah matrik untuk menyelimuti serat rambut. P

½L

½L

Gambar 5.7 5. Three Point Bending

KEKUATAN BENDING - FRAKSI VOLUME SERAT

95 MOR (MPa)

85 75 65 55 45 35 25 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Fraksi Volume Serat (%)

Gambar 5.8.. Hubungan Kekuatan Bending – Fraksi Volume Serat Komposit Rambut Manusia/Epoxy

D. PENGUJIAN IMPAK KOMPOSIT Pengujia impak dilakukan dengan mengacu standar ASTM DD-638 dengan menyiapkan material komposit dengan penambahan fraksi volume serat sebesar (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 dan 70) %. Pengujian engujian kekuatan impak dilakukan seperti perti pada Gambar 5.9 5. dengan beban pendulum sebesar 8,5 kg, percepatan gravitasi sebesar 9,85 m/s2, m/s2 panjang lengan sebesar 0,83 m dan sudut ayun pendulum sebelum diayun sebesar 156o.

28

(Callister, 2007) Gambar 5.9. Skema Pengujian Kekuatan Impak

Hasil pengujian impak seperti tampak pada Gambar 5.10 menunjukkan bahwa dengan meningkatnya fraksi volume serat rambut manusia terjadi peningkatan harga kekuatan impak juga. Kekuatan impak tertinggi dicapai pada material komposit dengan penambahan 30% volume serat rambut manusi yaitu sebesar 0,120 J/mm2. Kekuatan impak setelah penambahan 30% volume serat rambut sudah mengaalami penurunan karena ikata bonding antara matrik dengan penguat semakin rendah.

29

Impak (J/mm2)

IMPAK - FRAKSI VOLUME SERAT 0.18 0.15 0.12 0.09 0.06 0.03 0.00 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Fraksi Volume Serat (%) Gambar 5. 10. Hubungan Kekuatan Impak – Fraksi Volume Serat Komposit Rambut Manusi/Epoxy

E. PENGAMATAN PERMUKAAN PATAHAN KOMPOSIT Komposit dengan serat tanpa adanya perlakuan alkali (dengan perendaman 5% NaOH) menunjukkan adanya serat yang tertarik keluar (fiber pull out) yang menunjukkan rendahnya mechanical bonding antara serat dengan matrik (Gambar 5.11). Akan tetapi dengan dilakukan perlakuan alkali serat selama 60 menit menunjukkan adanya patahan jenis splitting in multiple area yang menandakan bahwa komposit memiliki kekuatan tarik yang tinggi (Gambar 5.12). Waktu perendaman serat dalam larutan 5% NaOH lebih dari 60 menit (Gambar 5.13) menunjukkan adanya patahan tunggal. Berdasarkan pengujian tarik yang didukung dengan pengamatan secara visual dapat disimpulkan bahwa perlakuan alkali serat rambut yang optimum dicapai dengan waktu perendaman ke dalam larutan 5% NaOH selama 60 menit.

Gambar 5.11. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Tanpa Perlakuan Alkali

30

Gambar 5.12. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Dengan Perlakuan Alkali 60 Menit

Gambar 5.13. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Dengan Perlakuan Alkali 120 Menit

Komparasi dengan Riset Sebelumnya Penelitian perlakuan alkali dengan cara perendaman serta kedalam larutan NaOH sudah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti dengan berbagai jenis serat alam. Seperti yang dilakukan oleh Diharjo K (2006) telah malakukan perlakuan alkali serat rami dengan 5% NaOH dan diperoleh harga Tegangan Tarik maksimal (190 MPa) dan Regangan (0,44%) pada perendaman serat selama 2 jam yang ditandai dengan patahan jenis splitting in multiple area. Penelitian yang dilakukan oleh Karnani et. al., 1997 bahwa kekuatan tarik komposit serat alam kenaf-polipropilene (PP) dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) 2% dengan panjang serat 1,58 cm. Kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa MAPP pada prosentase berat (20, 40 dan 60)% adalah 26,9 MPa, 27,1 MPa dan 27,4 MPa. Pada penambahan prosentase berat yang sama, penambahan MAPP mampu meningkatkan kekuatannya menjadi 32,7 MPa, 41,3 MPa dan 53,8 MPa.

31 Penelitian yang senada dilakukan oleh Rowel et al., 1999 yang meneliti komposit serat alam kenaf yang dipotong sepanjang 1 cm dengan matrik polipropilene (PP) yang dihasilkan bahwa kekuatan dan modulus tarik komposit memiliki lebih tinggi dari pada dengan PP saja. Dan sifat mekanis tersebut dapat ditingkatkan lagi dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) sebagai coupling agent. MAPP ini berfungsi meningkatkan koMPatibilitas dan adhesive antara matrik dengan serat. Pada fraksi berat serat 60 % kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa dan dengan MPP 2% adalah 3,5 MPa dan 7,5 MPa.

32 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

A. KESIMPULAN Hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Komposit epoxy yang diperkuat dengan serat rambut manusia dengan perlakuan 5% NaOH selama 60 menit memiliki harga Tegangan Tarik dan regangan maksimal yaitu 28,862 MPa dan 0,18%. 2. Harga modulus elastisitas komposit serat rambut manusia akan semakin meningkat dengan meningkatnya waktu perendaman serat rambut manusia. 3. Patahan yang dialami serat rambut manusia tanpa adanya perlakuan alkali menunjukkan adanya patahan fiber pull out. Sedangkan dengan adanya perlakuan alkali menjadikan tidak ditemukannya fiber pull out. 4. Patahan yang terjadi pada perlakuan alkali serat rambut dengan waktu perendaman 5% NaOH selama 60 menit menunjukkan adanya patahan jenis banyak (splitting in multiple area). 5. Penambahan serat rambut manusia sebesar 30% valume ke dalam epoxy dan hardenernya menunjukkan harga yang terbaik untuk kekuatan tarik yaitu sebesar 28,783 MPa, kekuatan bending sebesar 90,531 MPa dan kekuatan impak sebesar 0,120 J/mm2.

B. SARAN Beberapa saran yang dapat disampaikan guna penyempurnaan penelitian yang sejenis adalah: 1. Perlu percobaan awal yang berulang-ulang dalam melakukan pencampuran antara serat rambut dengan matrik epoxy karena perlu adanya keterampilan. Mengingat betapa susahnya mencampur dengan perbandingan volume tertentu antara bahan padat dengan cair. 2. Sebelum bahan komposit dituaang kedalam cetakan, jangan lupa untuk selalu mengolesi permuaan cetakan yang sudah disiapkan dengan menggunakan grease atau sejenisnya agar mudah dalam pelepasan specimen dari cetakan. 3. Aplikasikan tekanan press saat pengepresan cetakan secara merata dan usahakan tidak ada udara yang terjebak didalam cetakan karena kadangkala udara sulit untuk dikeluarkan meskipun sudah dipress dengan tekanan yang cukup.

33 UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti mengucapkan banyak terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi-Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang telah memberikan dana untuk melakukan penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2011 dan 2012 ini.

DAFTAR PUSTAKA Callister, W. D., 2007, Material Science and Enginering, An Introduction 7ed, Department of Metallurgical Enginering The University of Utah, John Willey and Sons, Inc. Diharjo K, 2006, Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester, Jurnal Teknik Mesin Vol. 8, No. 1, Petra Christian University, Jakarta. Karnani R., Krishnan M., and Narayan R., 1997, Biofiber-reinforces Polypropylene Composites, Polymer engineering and Science, vol. 37 No. 2 pp. 476-483. Maria Valéria dkk, 2009, Hair fiber characteristics and methods to evaluate hair physical and mechanical properties, Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences (BJPS)vol. 45, n. 1, jan./mar.,2009. Robbins, C.R., 1994, Chemical and physical behavior of human hair. 3.ed. New York: Springer, 1994. 391p. Ronal F. Gibson, 1994, Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill, New York. Rowel R.M., Sanadi A., Jacobson R., and Cauldfield D., 1999, Properties of Kenaf/Polypropylene Composite, Kenaf properties, Processing and Product, Chapter 32, Missisipi State university, Ag & Bio Engineering, pp. 381-392. Shackelford, 1992, Introduction to Materials cience for Engineer, Third Edition, MacMillan Publishing CoMPany, New York, USA. 1992. Soekrisno, 1995, Manfaat Rambut sebagai Penguat Bahan Komposit, Forum Teknik Jilid 19. No. 2 Agustus 1995.

34

LAMPIRAN

35 LAMPIRAN I BIODATA PENELITI

1. Ketua Peneliti: 1. Nama lengkap

: Muh Amin, S.T., M.T.

2. Tempat, Tgl. Lahir

: Pati, 16 Juli 1975

3. NIK

: 28.6.1026.169

4. Bidang keahlian

: Teknik Mesin/Mekanika Bahan

5. Jabatan Struktural

: Penata Muda/III-b

6. Jabatan Fungsional

: Asisten Ahli

7. Unit kerja

: Fakultas Teknik UNIMUS

8. Alamat surat

: Jl. Kasipah 12 Semarang

9. Telpon/Faks

: 081 567 19114

10. Alamat Rumah

: Klampok 2/2 Godong Grobogan Purwodadi

11. E-mail

: [email protected]

12. Pendidikan

:

Universitas/Institut

Th. Tamat

Gelar

Bidang Studi

UMS

2000

S.T

Teknik Mesin

UGM

2004

M.T

Mekanika Bahan

12. Riwayat Kerja

: Bekerja di Unimus sejak 2005 sampai sekarang

13. Pengalaman Penelitian

:

NO.

JUDUL

TAHUN

POSISI PENELITI

1

Pengaruh Tekanan Kompaksi dan

2004

Ketua

Suhu Sintering Terhadap Sifat

JENIS/SUMBER DANA Tesis S2/UGM

Peneliti

Fisis dan Mekanis Kaolin

2

Pengaruh Tekanan Kompaksi Terhadap Karakterisasi Keramik Kaolin yang dibuat dengan Proses Pressureless Sintering

2008

Ketua Peneliti

Penelitian Dosen Muda/DP2M DIKTI

36 3

Pemanfaatan Limbah Serat Sabut

2009

Kelapa sebagai Bahan Pembuat

Ketua Peneliti

Helm Pengendara Kendaraan

Penelitian Internal UNIMUS

Roda Dua 4

Pengaruh Tekanan Kompaksi dan

2009

Suhu Sintering terhadap Sifat

Ketua Peneliti

Fisis dan Mekanis Keramik

Penelitian Dosen Muda/DP2M DIKTI

Lumpur Lapindo 5

Penggunaan "Self-cleaning"

2010

Peneliti Ke

Katalis TiO2 dalam Pembuatan

Dua

Ubin Keramik untuk Menurunkan

Penelitian Hibah Bersaing/ DP2M DIKTI

Konsentrasi Amonia dan Pertumbuhan Bakteri

14. Publikasi NO

: JUDUL

TAHUN

. 1

PENERBIT/ PENYELENGGARA

Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu

2004

Sintering Terhadap Densitas dan

Seminar NasionalUTY Yogyakarta

Kekerasan Kaolin

2

Pengaruh Tekanan Kompaksi Terhadap

2008-II

Karakterisasi Keramik Kaolin yang

Majalah Ilmiah Traksi ISNN : 1693– 3451

dibuat dengan Proses Pressureless Sintering 3

Analisis Harga Fracture Toughness

2009-I

Dengan Metode Indentasi Kekerasan

Majalah Ilmiah Traksi ISNN : 1693 – 3451

Vickers Pada Keramik Kaolin 4

Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Densitas Keramik Lumpur Lapindo

2009

Seminar NasionalDP2M Dikti

37 5

Studi Tekanan Kompaksi dan Suhu

2009-II

Sintering terhadap Struktur Mikro

Majalah Ilmiah Traksi ISNN : 1693 – 3451

Keramik Lumpur Lapindo 6

Kajian Harga Densitas pada Desain Pembuatan Ubin Keramik Terfotokatalis

2010-I

Majalah Ilmiah Traksi ISNN : 1693 – 3451

TiO2 Semarang, 10 Mei 2011 Ketua Peneliti,

(Muh Amin, S.T., M.T)

38 2. Anggota Peneliti I 1.

Nama Lengkap

: Drs. Samsudi Raharjo,ST, MT, MM

2.

Pangkat/Golongan

: Penata Tk.I/ III D

3.

Jabatan

: Lektor

4.

Asal perguruan Tinggi

: Universitas Muhammadiyah Semarang

5.

Fakultas / Jurusan

: Fakultas Teknik / Teknik Mesin

6.

Bidang Keahlihan

: Material

7.

Alamat Rumah

: Saptamarga III/153 Rt 07/ Rw IX.kelurahan Ngesrep Kecamatan Banyumanik Kota Semarang

8.

Telp/e-mail

: 08164242537/ [email protected]

9. Riwayat Pendidikan

:

Macam

Tempat

Thn selesai

Titel

Bidang

S1

UNIMUS

2002

ST

Energi

S2

UNDIP

2010

MT

Material

10. Riwayat Kerja 11. Pengalaman Penelitian NO.

: Bekerja di Unimus sejak 1998 sampai sekarang : JUDUL

TAHUN

1

Penelitian gas buang sebagai pemanas air minum

2003

2

Reinforce aluminum dengan Ti-B

2003

3

Hasil produk alat pertanian dengan karburazing batok kelapa

2007

4

Performa mesin Diesel dengan bahan bakar Biodisel jarak pagar

2007

5

Perbaikan kwalitas sproket sepeda motor lokal dengan proses

2008

park karburising 6

Variasi tegangan listrik terhadap kekerasan, ketebalan krom keras

2008

pada baja St 60 7

Pembuatan piston dari piston bekas dengan menggunakan penguat besi cor dan baja St 60

2010

39 13. Tuisan Terpublikasi NO. 1 2 3

: JUDUL

2003

PENERBIT/PEN YELENG-GARA Sem.Nas

2003 2003

ISSN ISSN 1693-3451

TAHUN

Pemanfaatan gas buang sebagai pemanas air minum Penguatan Alumniun dengan Ti-B Analisis kemampuan membaca Gambar Tenik, Jurnal

4

Analisis Hasil Produk Pertanian Dengan Karburising Batok Kelapa

2007

RUD ISSN 16933451

5

Analisis Performa Mesin Disel dengan Bahan Bakar Biodiesel jarak pagar Analisa Keausan pada Dinding Silinder Pemilihan Jenis Larutan Elektrolit sebagai Media Pelapisan Krom keras

2007 2008 2008

Dosen Muda ISSN 1693-3451 ISSN 1693-3451 ISSN 1693-3451

7 8 9 10

Analisa Korosi pada Jeruji Sepeda Motor Pengembangan Austemper Ductile Iron sebagai Uper Control Arm

2008 2008

ISSN 1693-3451 Sem.Nas ISSN

11

Metode Bimbingan Teman Sejawat pada Pembelajaran Praktek Produksi I

2009

ISSN 1693-3451

12

Pengaruh Variasi Tegangan listrik terhadap Kekerasan , Ketebalan Krom Keras

2010

Sem.Nas ISSN 978.979-704.833

13

Pemanfaatan Serat sabut kelapa sebagai Bahan Pembuat Helm

2010

ISSN 978.979704.833

14

Pembuatan piston menggunakan Limbah Piston dan di insert dengan baja St 60

2010

ISSN 1693-3451

15

Analisa Performa mesin Pendingin menggunakan Hidro Carbon MUSIcool

2010

Sem.Nas ISSN

16

Studi karakteristik Material Piston dan Pengembangan Prototipe Piston Berbasis Limbah Piston Bekas Perencanaan Pembuatan dan Pengujian Produk Note Pad dari Bahan Serat dan Serbuk Enceng Gondok

2010

Sem.Nas ISSN1907-5995

2010

Sem.Nas ISSN5995

Perancangan dan Pembuatan Katup Berbasis Limbah Aluminium

2010

ISSN 16933451

17

18

Semarang, 10 Mei 2012 Anggota Peneliti

Drs. H. Samsudi Raharjo, ST, MT, MM

40 LAMPIRAN II ALAT DAN BAHAN PENELITIAN

Resin Epoxy dan Hardener

Cetakan Spesimen Uji Tarik Sesuai Standard ASTM D-638 M

Limbah Rambut Manusia

Cetakan Spesimen Uji Uji Bending Mengacu Standard JIS R 1601

Timbangan Digital

Spesimen

Air Cetakan Spesimen Uji Impak Sesuai Standard ASTM D-638

Mencari Densitas Rambut

41

Vacuum Pump

Pressure Gauge Tabung Udara Alat Vakum Udara

Furnace Untuk Post Core

42

Specimen Uji

Mesin Uji Tarik Servopulser

Cetakan Spesimen Uji Bending Mengacu Standard JIS 1601

Mesin Uji Bending “TOKYO TESTING MACHINE” MFG CO, LTD

43

Metode Three Point Bending

Cetakan Spesimen Uji Impak Menurut Standard ASTM D 638 M

44

LAMPIRAN III FOTO PROSES PENGUJIAN

Perendaman Serat Dalam 5% NaoH Selama (2,4,6,8 dan 10) Jam

Perendaman Serat Rambut Manusia Dalam Larutan 5% NaoH Selama (0, 30, 60, 90 dan 120) Menit

Pengeringan Rambut Di Udara Bebas

Pencetakan Specimen Uji Tarik Untuk Mengetahui Pengaruh Perlakuan Alkali Serat

Amplas

Spesimen Uji Tarik Dengan Fraksi Volume Serat

Pelapisan Ujung Specimen Dengan Abrasive (0, 30, 60, 90 dan 120) menit Untuk Persiapan Uji Tarik

45

Specimen Uji Bending menurut Standard JIS 1601

Spesimen Uji Impak menurut Standard ASTM D 638 M

1

2

3

4

5

6

7

1

Lampiran : 06

Fraksi Volume Serat (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

No. Sampel

HASIL PENGUJIAN BENDING KOMPOSIT

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

Ukuran (mm) L

B

W

L (mm)

130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00 130.00

10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00

5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00

80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80

P (kg)

P (N)

σMOR (MPa)

14.20 13.50 12.90 13.80 14.10 16.20 17.10 16.70 14.90 15.70 18.40 19.20 18.70 17.90 16.50 20.60 18.90 19.50 17.80 19.30 13.10 14.00 16.00 17.30 16.90 11.40 12.30 12.30 13.20 11.50 9.50 10.30 9.70 8.80 10.30 8.80 8.30 9.50 10.20 8.10

139.34 132.48 126.59 135.42 138.36 158.97 167.80 163.88 146.21 154.06 180.56 188.41 183.50 175.65 161.91 202.15 185.47 191.35 174.67 189.39 128.55 137.38 157.01 169.76 165.84 111.87 120.70 120.70 129.53 112.85 93.22 101.07 95.19 86.35 101.07 86.35 81.45 93.22 100.09 79.49

66.885 63.588 60.762 65.001 66.414 76.306 80.545 78.661 70.183 73.951 86.668 90.437 88.081 84.313 77.719 97.031 89.024 91.850 83.842 90.908 61.704 65.943 75.364 81.487 79.603 53.697 57.936 57.936 62.175 54.168 44.747 48.515 45.689 41.450 48.515 41.450 39.095 44.747 48.044 38.153

Rata-rata σMOR (MPa)

64.530

±

2.47

75.929

±

4.06

85.444

±

4.86

90.531

±

4.77

72.820

±

8.64

57.182

±

3.44

45.784

±

2.95

42.298

±

4.10

2 Keterangan:

σ MOR =

P=

3PL 2 BW 2

Gaya pembenanan (N)

L= B= W=

Jarak antar tumpuan (mm) Lebar spesimen (mm) Tinggi spesimen (mm)

Three Point Bending

Grafik Pengujian: KEKUATAN BENDING - FRAKSI VOLUME SERAT

95

MOR (MPa)

85 75 65 55 45 35 25 0

10

20

30

40

50

Fraksi Volume Serat (%)

60

70

80

3 Lampiran : 07

Frak si Volu me Serat (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

No. Sampel

HASIL PENGUJIAN IMPAK KOMPOSIT

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

Ukuran (mm)

L

B

W

c (mm)

64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00 64.00

12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00

12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00 12.00

2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57 2.57

Ao (mm2)

β (o)

Cost β

Esrp (Joule)

HI (J/mm 2)

113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160 113.160

144 146 149 137 143 138 142 143 136 138 134 139 141 147 135 137 132 139 142 130 155 142 144 136 134 140 139 132 131 154 153 136 136 152 145 143 149 151 145 132

-0.809 -0.829 -0.857 -0.731 -0.799 -0.743 -0.788 -0.799 -0.719 -0.743 -0.695 -0.755 -0.777 -0.839 -0.707 -0.731 -0.669 -0.755 -0.788 -0.643 -0.906 -0.788 -0.809 -0.719 -0.695 -0.766 -0.755 -0.669 -0.656 -0.899 -0.891 -0.719 -0.719 -0.883 -0.819 -0.799 -0.857 -0.875 -0.819 -0.669

7.235 5.849 3.902 12.610 7.953 11.794 8.689 7.953 13.441 11.794 15.149 10.993 9.440 5.182 14.288 12.610 16.916 10.993 8.689 18.739 0.501 8.689 7.235 13.441 15.149 10.209 10.993 16.916 17.821 1.021 1.560 13.441 13.441 2.118 6.533 7.953 3.902 2.694 6.533 16.916

0.064 0.052 0.034 0.111 0.070 0.104 0.077 0.070 0.119 0.104 0.134 0.097 0.083 0.046 0.126 0.111 0.149 0.097 0.077 0.166 0.004 0.077 0.064 0.119 0.134 0.090 0.097 0.149 0.157 0.009 0.014 0.119 0.119 0.019 0.058 0.070 0.034 0.024 0.058 0.149

HI dan STD (J/mm2)

0.066

± 0.03

0.095

± 0.02

0.097

± 0.04

0.120

± 0.04

0.080

± 0.05

0.101

± 0.06

0.066

± 0.05

0.067

± 0.05

4

Keterangan: Es rp = m = g = R =

Esrp =mgR(cosβ − cosα) Energi Serapan (Joule) Berat Pendulum (kg)

=

Percepatan Gravitasi (m/s2)

=

Panjang Lengan (m)

=

α =

Sudut Ayun Pendulum Sebelum Diayunkan (o)

=

β =

Sudut Ayun Pendulum setelah Mematahkan Benda Uji (o)

Gambar Spesimen:

8.5

kg

9.8 5 0.8 3

m/s 2

156

o

m COS α=

0.9 1

5 Harga Impak dihitung dengan:

HI =

HI =

E srp

Esrp = Ao =

Ao

Harga Impak (J/mm2) Eenergi Serap (J) Luas Penampang (mm2)

Grafik Pengujian:

Impak (J/mm2)

IMPAK - FRAKSI VOLUME SERAT 0.18 0.15 0.12 0.09 0.06 0.03 0.00 0

10

20

30

40

50

60

Fraksi Volume Serat (%)

70

80

6 LAPORAN EKSEKUTIF

Pengembangan Bahan Alternatif Interior dan Eksterior Otomotif dengan Limbah Rambut Manusia1 Oleh Muh Amin dan Samsudi Raharjo2

I. PERMASALAHAN DAN TUJUAN PENELITIAN Potongan rambut manusia yang diperoleh dari tukang potong rambut sebagian besar masih merupakan limbah yang belum sepenuhnya dapat dimanfaatkan penggunaannya. Mengingat rambut manusia memiliki sifat mekanis yang cukup baik inilah perlu pemanfaatan salah satunya sebagai penguat bahan komposit. Salah satu aplikasi dari komposit dengan penguat rambut ini adalah sebagai bahan alternatif interior dan eksterior otomotif. Selain itu, dengan memanfaatkan serat rambut manusia sebagai penguat pada komposit juga mendukung program pelestarian lingkungan karena dapat menggantikan serat sintetis yang tidak ramah terhadap lingkungan. Hal ini sangat tepat untuk kondisi saat ini untuk bahan komposit yang sedang diarahkan kemabali ke alam dalam bentuk Natural Composit (NaCo). Kita ketahui bahwa serat glass merupakan serat sintetis yang relatif mahal harganya dan tidak ramah terhadap lingkungan. Sedangkan rambut manusia merupakan limbah yang berharga sangat murah, mudah dicari dan ramah terhadap lingkungan. Akan tetapi penelitian yang mengarah kesana belum banyak yang melakukan. Oleh karena itu perlu sekali dilakukan penelitian serat rambut manusia sebagai penguat (reinforcement) pada komposit dengan matrik epoxy.

II. INOVASI IPTEKS a. Kontribusi terhadap pembaharuan dan pengembangan ipteks Pengembangan material komposit selama ini tengah marak dilakukan mengingat begitu banyaknya material tersebut dapat diaplikasikan di berbagai bidang. Kebanyakan material komposit yang banyak dipergunakan masih menggunakan

1

Penelitian dibiayai melalui Hibah Bersaing, tahun anggaran 2001 s.d. 2003, Rp 20.350.000,-

2

Dosen S1 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Semarang

7 bahan sintetis yang cenderung tidak ramah lingkungan. Sedangkan pada penelitian ini mencoba mengaplikasikan bahan alam yang berasal dari lokal sebagai material dasar pembuat komposit dengan harapan mampu menggeser keberadaan bahan sintetis .

b. Perluasan cakupan penelitian Penelitian ini berusaha mendapatkan hasil yang optimal dari penggunaan material alam berupa rambut manusia sebagai penguat bahan komposit yang diawali dengan melakukan treatment serat rambut manusia dengan perlakuan alkali serat. Fungsi dari perlakuan alkali serat rambut ini adalah sebagai upaya menghilangkan lapisan minyak pada permukaan rambut agar gaya ikat antara penguat dan matrik semakin kuat (dalam bentuk komposit). Setelah itu diperhitungkan pula mengenai prosentase penambahan penguat yang diuji tegangan tarik, kekuatan bending dan impak serta diamati permukaan patahan dengan mikroskop optic guna menentukan jenis patahan yang terjadi.

III. KONTRIBUSI TERHADAP PEMBANGUNAN a. Dalam mengatasi masalah pembangunan Penggunaan material sintetis memang cukup baik dalam hal mechanical properties maupun efisiensinya, namun dalam hal keramahan lingkungan masih jauh dengan bahan-bahan dari alam. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran untuk beralih dari ketergantungan penggunaan bahan-bahan sintetis ke bahan-bahan alam yang cenderung ramah terhadap lingkungan.

b. Penerapan teknologi ke arah komersial Penggunaan teknologi komposit dapat meningkatkan material jauh melebihi sifat aslinya. Disamping itu penggunaan perlakuan alkali serat rambut juga dapat meningkatkan gaya ikat antara penguat dengan matriknya. Sehingga mechanical properties komposit yang dibuat akan semakin baik. Selain itu prosentase penambahan penguat pada matrik juga sangat mempengaruhinya. Maka hasil penelitian ini sudah cukup potensi untuk diaplikasikan dalam pembuatan produk masal menurut aplikasinya.

8

c. Alih teknologi Pengalihan teknologi dari bahan sintetis menuju bahan dari alam.

d. Kelayakan memperoleh hak paten/cipta Layak mendapatkan Hak Paten dengan metode treatment serat rambut manusia, waktu perendaman dalam larutan NaOH dan prosentase penambahan serat rambut sebagai penguat epoxy.

IV. MANFAAT BAGI INSTITUSI a. Keterlibatan unit-unit lain di perguruan tinggi dalam pelaksanaan penelitian Laboratorium Produksi Teknik Mesin UNIMUS dan Perpustakaan UNIMUS.

b. Keterlibatan mahasiswa S1 No.

Nama

NIM

Ketua Kelompok

Tugas Kuliah

1

Achmad Rifai

C2A009002

I

Pengujian Tarik

2

Edi Mulyono

C2A211002

II

Pengujian Bending

3

Erwin Mulyawan

C2A211003

III

Pengujian Impak

V. PUBLIKASI ILMIAH Muh Amin, Samsudi Raharjo, 2012, Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Tarik Bahan Komposit Serat Rambut Manusia, Seminar Hasil-Hasil Penelitian UNIMUS, Hal. 400.

9

C. DRAF ARTIKEL ILMIAH

10

PENGARUH PERLAKUAN ALKALI TERHADAP KEKUATAN TARIK BAHAN KOMPOSIT SERAT RAMBUT MANUSIA Muh Amin* dan Samsudi Raharjo** *, **)Dosen S1 Teknik Mesin Universitas Muhammadyah Semarang e-mail: [email protected] , Telp. 08156719114 ABSTRAK Komposit alam sekarang ini sedang dikembangkan guna menggeser keberadaan komposit sintetis yang cenderung berharga mahal dan tidak ramah lingkungan. Salah satu potensi alam yang belum banyak dipergunakan sebagai penguat bahan komposit adalah limbah potongan rambut manusia dari tukang potong rambut. Akan tetapi sebelum dapat dipergunakan sebagai penguat pada bahan komposit harus diketahui sifat mekanik bahan tersebut. Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat mekanik yang sangat penting dari bahan komposit yang sangat dipengaruhi oleh gaya ikat antara serat dan matrik. Penelitian ini berupaya untuk meningkatkan gaya ikat antara serat dengan matrik dengan menggunakan perlakuan alkali serat sebelum dipergunakan. Perlakuan alkali dilakukan dengan melakukan perendaman potongan rambut manusia dari bekas tukang potong didalam larutan NaOH 5% selama (0, 30, 60, 90 dan 120) menit. Setelah dicuci dan dikeringkan serat rambut dipergunakan sebagai penguat pada komposit matrik Epoxy dengan penambahan 40% berat. Hasil yang diperoleh dari penelitian bahwa dengan melakukan perendaman rambut kedalam larutan 5% NaOH selama 60 menit mengalami harga kekuatan tarik yang optimal yaitu sebesar 28.862 MPa. Hal ini juga terbukti dari hasil foto makro penampang patahan yaitu terjadi patahan homogen dan tidak terjadi fiber pull out. Kata kunci: Perlakuan Alkali, NaOH, Serat Rambut Manusia, Epoxy, Kekuatan Tarik, Foto Makro PENDAHULUAN Komposit alam (Natural Composite) saat ini terus dikembangkan sebagai bahan alternatif pengganti bahan komposit sintetis. Keunggulan dari serat alam sebagai penyusun komposit adalah memiliki berat yang relatif lebih ringan, kekuatan dan kekakuan yang relatif cukup tinggi, dapat diolah secara alami dan ramah lingkungan. Salah satu bahan alam yang selama ini masih jarang dimanfaatkan dan berpotensi sebagai serat pada sebuah komposit adalah limbah potongan rambut manusia dari tukang potong rambut. Berdasarkan penelitian awal yang dilakukan oleh Soekrisno (2005) bahwa rambut manusia sulit dihancurkan meskipun tertimbun didalam tanah dalam waktu yang lama. Hal ini memberikan fakta, betapa kuatnya rambut terhadap asam, larutan korosif dan kelembaban. Maka dari itu limbah potongan rambut manusia memiliki potensi yang sangat

11 besar untuk digunakan di bidang rekayasa, khususnya sebagai penguat bahan komposit. Hasil pengujian yang dilakukan menunjukkan bahwa kekuatan bending komposit rambut-polyester dengan penambahan 6% serat rambut menunjukkan harga kekuatan bending yang optimal dan lebih unggul dari pada komposit e-glass polyester. Akan tetapi pada kekuatan tarik menujukkan harga maksimal dengan penambahan 12% serat rambut. Serat rambut dapat memiliki sifat mekanik yang baik karena struktur penyususun rambut terdiri dari keratin yang membentuk rantai panjang dan teratur menyebabkan rambut bersifat kuat dan fleksibel (Robins CR, 1994). Menurut penelitian yang dilakukan oleh Maria V (2009) dihasilkan bahwa beban tarik rambut secara umum adalah (50-100) gram. Sedangkan elastisitas rambut adalah (20-30)% dari panjangnya (untuk rambut kering) sedangkan untuk rambut basah atau kontak dengan air dapat mencapai 50% dari panjangnya. Kekuatan komposit serat alam dapat ditingkatkan dengan 2 cara yaitu dengan memberikan perlakuan kimia serat atau dengan penambahan coupling agent (Ronal FG, 1994). Akan tetapi perlakuan kimia serat yang sering dilakukan adalah perlakuan alkali seperti NaOH, karena lebih ekonomis. Seperti penelitian yang dilakukan oleh (Diharjo K, 2006) bahwa serat rami yang akan dipergunakan sebagai penguat pada komposit serat rami-polyester terlebih dahulu dilakukan perlakuan kimia, perlakuan alkali yaitu dengan direndam dalam larutan (5% NaOH) selama 0, 2, 4, 6 jam. Selanjutnya, serat tersebut dicuci menggunakan air bersih dan dikeringkan secara alami. Matrik yang digunakan dalam penelitiannya adalah resin unsaturated polyester 157 BQTN dengan hardener MEKPO 1% (v/v). Komposit dibuat dengan metode cetak tekan pada Vf ≈ 35%. Semua spesimen dilakukan post cure pada suhu 62 oC selama 4 jam. Spesimen uji tarik dibuat mengacu pada standar ASTM D-638. Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik dan perpanjangan diukur dengan menggunakan extensometer. Penampang patahan diselidiki untuk mengidentifikasi mekanisme perpatahannya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan dan regangan tarik komposit memiliki harga optimum untuk perlakuan serat 2 jam, yaitu 190.27 MPa dan 0.44%. Komposit yang diperkuat serat yang dikenai perlakuan 6 jam memiliki kekuatan terendah. Penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan 0, 2, dan 4 jam diklasifikasikan sebagai jenis patah slitting in multiple area. Sebaliknya, penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan 6 jam memiliki jenis patah tunggal.

12 Penggunaan serat rambut sebagai penguat dalam komposit ada kecenderungan untuk terjadinya fiber pull out karena adanya lapisan bagian luar rambut yang menghalangi ikatan. Maka dari itu perlu diberikan perlakuan kimia serat salah satunya dengan perlakuan alkali NaOH sebelum dipergunakan sebagai penguat pada komposit agar dapat meningkatkan gaya ikatan (mechanical bonding) antara serat dan matrik (perekat). Sehingga pada penelitian kali ini menyelidiki tentang pengaruh perlakuan alkali serat rambut terhadap peningkatan kekuatan tarik bahan komposit berpenguat serat rambut manusia dengan matrik epoxy.

Kekuatan Tarik Komposit Kekuatan tarik komposit sangat tergantung pada seberapa besar perbandingan antara serat sebagai penguat dan matrik yang dipergunakan. Perbandingan ini sering disebut sebagai fraksi volume serat (Vf) dan fraksi berat serat (Wf). Akan tetapi kebanyakan digunakan fraksi volume serat dengan pertimbangan yang berpengaruh dalam kekuatan tarik adalah luas penampang serat bukan berat berat serat. Fraksi volume serat dapat dihitung dengan persamaan (Shackelford, 1992) berikut: Wf

Vf =

Wf

ρf

ρf

+ Wm Vm

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

Analisis kekuatan komposit banyak dilakukan dengan mengasumsikan ikatan antara serat dan matrik adalah solid tanpa adanya geseran dan dianggap deformasi serat dan matrik adalah sama. Sehingga kekuatan tarik komposit dapat dihitung dengan persamaan berikut:

σ =

P A .................................................................................................................................... (2)

Regangan dapat dihitung dengan persamaan:

ε=

li − l o ∆l = lo l o ...................................................................................................................... (3)

Berdasarkan kurva σ-ε dapat dicari modulus elastisitas dengan menggunakan rumus:

E=

∆σ ∆ε .................................................................................................................................. (4)

METODE PENELITIAN Rambut manusia yang dipergunakan sebagai penguat pada matrik epoxy dalam bentuk komposit yang diperoleh dari beberapa tukang potong lokal (Semarang) masih

13 mengandung kotoran tersebut dibersihkan dengan air dan dikeringkan. Serat rambut yang sudah bersih direndam di dalam larutan alkali (5% NaOH) dengan variasi waktu perendaman (0, 30, 60, 90 dan 120) menit. Setelah itu serat dicuci dengan menggunakan air bersih dan selanjutnya direndam dalam air bersih untuk menghilangkan efek NaOH. Setelah PH rendaman sudah netral (PH=7), serat ditiriskan hingga kering tanpa sinar matahari. Bahan matrik yang dipergunakan adalah epoxy. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode cetak tekan dengan fraksi volume serat sebesar 40%. Spesimen uji tarik dibuat dengan mengacu pada standard ASTM D-638 M dengan menyiapkan cetakan dari plat Aluminium yang dibentuk dengan mesin perkakas sehingga hasil cetakan spesimen uji tarik bahan komposit sudah dapat dilakukan pengujian tanpa mengalami permesinan lebih lanjut. Namun demikian sebelum dilakukan pengujian tarik semua spesimen dilakukan post cure pada temperatur 62oC selama 4 jam. Setelah itu setiap bagian ujung spesimen yang akan dicekam dengan mesin uji tarik terlebih dahulu di beri tap dari kertas amplas. Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan mesin uji tarik Servopulser. Hasil pengujian dalam penelitian ini akan ditampilkan dalam bentuk hubungan antara kekuatan tarik, modulus dan regangan versus lama waktu perlakuan alkali serat rambut. Penampang patahan diamati dengan foto makro untuk mengetahui mekanisme perpatahannya.

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian pengaruh perlakuan alkali serat rambut manusia dapat dilihat pada Tabel 1. Pada Tabel 1 dapat dilihat bahwa dengan bertambahnya waktu perendaman serat rambut didalam larutan 5% NaOH akan meningkatkan harga tegangan tarik, regangan dan modulus elstisitas. Perendaman serat rambut selama 60 menit menunjukkan harga yang optimum untuk Tegangan Tarik dan regangan yaitu 28,862 MPa dan 0,18 %. Pada serat rambut yang tidak dilakukan perlakuan alkali memiliki mechanical bonding yang lemah karena ikatan antara serat dengan matrik tidak dapat sempurna karena terhalang oleh adanya lapisan minyak pada rambut manusia. Dengan dilakukannya perlakuan alkali serat ini adalah untuk menghilangkan lapisan minyak pada rambut agar terjadi ikatan yang kuat antara serat dengan matriknya. Akan tetapi dengan perlakuan alkali yang terlalu lama akan menyebabkan rusaknya serat rambut (serat rambut menjadi rapuh). Sehingga

14 komposit yang diperkuat dengan serat dengan waktu perendaman yang lebih lama menyebebkan turunnya kekuatan tarik seperti pada Gambar 1.

Tabel 1. Kekuatan Tarik Komposit Serat Rambut Manusia Perlakuan Alkali

Tegangan Tarik

Regangan

Modulus Elastisitas

(5% NaOH)

(MPa)

(%)

(GPa)

0

Menit

25.038

0.16

160.502

30

Menit

25.622

0.15

175.495

60

Menit

28.862

0.18

163.991

90

Menit

24.271

0.15

163.991

120

Menit

20.745

0.11

188.589

TEGANGAN TARIK-PERLAKUAN ALKALI

Tegangan Tarik (MPa)

40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 0

20

40

60

80

100

120

140

Perlakuan Alkali % NaOH (Menit)

Gambar 1. Kurva Hubungan Tegangan Tarik vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH)

Harga optimum regangan dari komposit ketika dilakukan pembebanan tarik dicapai pada perlakuan alkali serat selama 60 menit. Setelah lebih dari 60 menit serat sudah mengalami kerusakan sehingga mudah patah. Akan tetapi dengan waktu perendaman kurang dari 60 menit, lapisan minyak pada rambut masih tersisa sehingga menyebabkan rendahnya regangan. Hal ini disebabkan lepasnya ikatan antara serat dengan matrik yang diakibatkan

15 oleh tegangan geser dipermukaan serat. Kegagalan tersebut didominasi oleh lepasnya ikatan serat dengan matrik rik yang sering disebut dengan ”fiber ” pull out”. REGANGAN-PERLAKUAN REGANGAN ALKALI 0.200

Regangan(%)

0.175 0.150 0.125 0.100 0.075 0.050 20

0

40

60

80

100

120

140

Perlakuan Alkali % NaOH (Menit)

Gambar 2. Kurva Hubungan Regangan vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH)

MODULUS ELASTISITAS-PERLAKUAN ELASTISITAS ALKALI

Modulus Elastisitas (GPa)

220.000 200.000 180.000 160.000 140.000 120.000 0

20

40

60

80

100

120

140

Perlakuan Alkali % NaOH (Menit)

Gambar 3. Kurva Hubungan Modulus Elastisitas vs Perlakuan Alkali Serat (5% NaOH)

Modulus elastisitas komposit dengan serat rambut manusia manusia juga berubah dengan adanya perlakuan alkali serat yang dipergunakan. Dengan bertambahnya waktu perendaman serat menunjukkan penurunan elastisitas serat. Hal ini disebabkan adanya penurunan harga

16 regangan yang cukup signifikan ketika serat dilakukan perendaman yang terlalu lama (lebih dari 60 menit).

Pengamatan Patahan Komposit dengan serat tanpa adanya perlakuan alkali (dengan perendaman 5% NaOH) menunjukkan adanya serat yang tertarik keluar (fiber pull out) yang menunjukkan rendahnya mechanical bonding antara serat dengan matrik (Gambar 4). Akan tetapi dengan dilakukan perlakuan alkali serat selama 60 menit menunjukkan adanya patahan jenis splitting in multiple area yang menandakan bahwa komposit memiliki kekuatan tarik yang tinggi (Gambar 5).

Gambar 4. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Tanpa Perlakuan Alkali

Gambar 4. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Dengan Perlakuan Alkali 60 Menit

17

Gambar 4. Patahan Komposit Yang Diperkuat Serat Dengan Perlakuan Alkali 120 Menit

Waktu perendaman serat lebih dari 60 menit menunjukkan adanya patahan tunggal. Berdasarkan pengujian tarik yang didukung dengan pengamatan secara visual dapat disimpulkan bahwa perlakuan alkali serat rambut yang optimum dicapai dengan waktu perendaman ke dalam larutan 5% NaOH selama 60 menit.

Komparasi dengan Riset Sebelumnya Penelitian perlakuan alkali dengan cara perendaman serta kedalam larutan NaOH sudah banyak dilakukan oleh beberapa peneliti dengan berbagai jenis serat alam. Seperti yang dilakukan oleh Diharjo K (2006) telah malakukan perlakuan alkali serat rami dengan 5% NaOH dan diperoleh harga Tegangan Tarik maksimal (190 MPa) dan Regangan (0,44%) pada perendaman serat selama 2 jam yang ditandai dengan patahan jenis splitting in multiple area. Penelitian yang dilakukan oleh Karnani et. al., 1997 bahwa kekuatan tarik komposit serat alam kenaf-polipropilene (PP) dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) 2% dengan panjang serat 1,58 cm. Kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa MAPP pada prosentase berat (20, 40 dan 60)% adalah 26,9 MPa, 27,1 MPa dan 27,4 MPa. Pada penambahan prosentase berat yang sama, penambahan MAPP mampu meningkatkan kekuatannya menjadi 32,7 MPa, 41,3 MPa dan 53,8 MPa. Penelitian yang senada dilakukan oleh Rowel et al., 1999 yang meneliti komposit serat alam kenaf yang dipotong sepanjang 1 cm dengan matrik polipropilene (PP) yang dihasilkan bahwa kekuatan dan modulus tarik komposit memiliki lebih tinggi dari pada dengan PP saja. Dan sifat mekanis tersebut dapat ditingkatkan lagi dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) sebagai coupling agent. MAPP ini

18 berfungsi meningkatkan koMPatibilitas dan adhesive antara matrik dengan serat. Pada fraksi berat serat 60 % kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa dan dengan MPP 2% adalah 3,5 MPa dan 7,5 MPa.

SIMPULAN Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: 6. Komposit epoxy yang diperkuat dengan serat rambut manusia dengan perlakuan 5% NaOH selama 60 menit memiliki harga Tegangan Tarik dan regangan maksimal yaitu 28,862 MPa dan 0,18%. 7. Harga modulus elastisitas komposit serat rambut manusia akan semakin meningkat dengan meningkatnya waktu perendaman serat rambut manusia. 8. Patahan yang dialami serat rambut manusia tanpa adanya perlakuan alkali menunjukkan adanya patahan fiber pull out. Sedangkan dengan adanya perlakuan alkali menjadikan tidak ditemukannya fiber pull out. 9. Patahan yang terjadi pada perlakuan aklai serat rambut dengan waktu perendaman 5% NaOH selama 60 menit menunjukkan adanya patahan jenis banyak (splitting in multiple area).

UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti mengucapkan banyak terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi-Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesia yang telah memberikan dana untuk melakukan penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2011 dan 2012 ini.

DAFTAR PUSTAKA Diharjo K, 2006, Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester, Jurnal Teknik Mesin Vol. 8, No. 1, Petra Christian University, Jakarta. Karnani R., Krishnan M., and Narayan R., 1997, Biofiber-reinforces Polypropylene Composites, Polymer engineering and Science, vol. 37 No. 2 pp. 476-483. Maria Valéria dkk, 2009, Hair fiber characteristics and methods to evaluate hair physical and mechanical properties, Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences (BJPS)vol. 45, n. 1, jan./mar.,2009.

19 Robbins, C.R., 1994, Chemical and physical behavior of human hair. 3.ed. New York: Springer, 1994. 391p. Ronal F. Gibson, 1994, Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill, New York. Rowel R.M., Sanadi A., Jacobson R., and Cauldfield D., 1999, Properties of Kenaf/Polypropylene Composite, Kenaf properties, Processing and Product, Chapter 32, Missisipi State university, Ag & Bio Engineering, pp. 381-392. Shackelford, 1992, Introduction to Materials cience for Engineer, Third Edition, MacMillan Publishing CoMPany, New York, USA. 1992. Soekrisno, 1995, Manfaat Rambut sebagai Penguat Bahan Komposit, Forum Teknik Jilid 19. No. 2 Agustus 1995.

20

D. SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN

21 SINOPSIS PENELITIAN Rancangan penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut: (PENELITIAN PADA TAHUN KE-I) Judul : Pengaruh Perlakuan Alkali dan Penambahan Serat Rambut Manusia terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serat Rambut-Epoxy Material yang diteliti : - Rambut manusia sebagai reinforcement - Epoxy sebagai matrik Pengujian

: - Pengujan Tarik pada Perlakuan Alkali serat dengan NaOH - Pengujian Tarik, kekuatan bending dan impak untuk Variasi % volume serat dalam komposit

Indikator terukur

: - Sifat fisis dan mekanis serat rambut terbaik - Lama waktu perendaman serat rambut dalam NaOH terbaik - Fraksi volume serat terbaik dalam komposit epoxy

Luaran

: Bahan baru berupa Komposit Serat Rambut Manusia/Epoxy

(PENELITIAN PADA TAHUN KE-II) Judul : Rancang Bangun Interior dan Eksterior Otomotif dari Bahan Komposit Serat Rambut-Epoxy Material yang diteliti

: - Rambut manusia sebagai reinforcement - Epoxy sebagai matrik

Pengujian

: - Uji kestabilan dimensi pada temperature kerja - Uji kestabilan dimensi pada siklus panas dingin - Uji ketahanan warna - Uji impak dingin

Indikator terukur

Luaran

: - Prototype interior dan eksterior otomotif Gambar 2. Kerangka Pikir Penelitian - Potensi Hak Kekayaan Intelektual (HKI) :

- Propotype Interior Otomotif - Propotype Eksterior Otomotif

22

Interior

METODE

MATERIA L

OTOMOTIF

Composite

Rambut Manusia

Eksterior

Cast Pressing

Epoxy

Perlakuan Alkali Mesin Uji

Uji Tarik

Reinforcemen t Jenis Patahan

Uji

Mesin Uji Mesin Uji

SEM

Uji Impak

MESIN

OTOMOTIF

MATERIAL KOMPOSIT RAMBUT MANUSIA/EPOXY

Foto Makro

PENGUJIAN

IDENTIFIK

MATERIA L

METODE Hand Lay Up

Interior Eksterior MATERIAL KOMPOSIT RAMBUT MANUSIA/ EPOXY

Perlakuan Alkali

Rambut Manusia Epoxy

Composite Cast Pressing

Software

Pola

Interior Otomotif

Cetakaan Eksterior Otomotif DESAIN

CASTING

PROPOTY

PROPOTYPE INTERIOR DAN EKSTERIOR OTOMOTIF DARI BAHAN KOMPOSIT RAMBUT MANUSIA/EPOX Y