POLYPROPYLENE DENGAN LIMBAH DAUN MANGGA SEBAGAI FILLER

Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT

POLYPROPYLENE DENGAN LIMBAH DAUN MANGGA SEBAGAI FILLER Erni Ernawaty1; Rahmat Satoto2*; Dadi Rusdiana3* 1,3Jurusan

Pendidikan Fisika, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia (UPI), Jl. Dr. Setiabudhi 229, Bandung 40154, Indonesia 2Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), Jl. Sangkuriang Komplek LIPI Bandung 40135, Indonesia [email protected] , [email protected] , [email protected]

ABSTRAK

Telah dilakukan pembuatan komposit partikulat menggunakan limbah daun mangga sebagai filler dengan ukuran saringan 100 dan 140 mesh. Matriks yang digunakan adalah polimer jenis Polypropylene (PP) dengan perbandingan komposisi partikel limbah daun mangga dan Polypropylene adalah 10:90, 15:85, 20:80, dan 25:75. Pencampuran dilakukan menggunakan Internal Mixer pada suhu 1800C dengan kecepatan rotor 50 rpm selama 6 menit, yang kemudian di cetak menggunakan Hot and Cold Press Molding. Sample yang sudah dicetak dikarakterisasi sifat mekaniknya meliputi uji tarik (tensile test), uji lengkung (bending test) menggunakan Universal Testing Machine dan uji kekerasan (hardness test) menggunakan Rockwell Hardness Tester sehingga didapatkan nilai kekuatan tarik (tensile strength), yield strain, modulus elastisitas tarik (modulus elasticity of tensile), kekuatan lengkung (bending strength), modulus elastisitas lengkung (modulus elasticity of bending) dan kekuatan tekan (hardness strength). Hasil pengujian menunjukan adanya penurunan sifat mekanik seiring dengan bertambahnya komposisi limbah daun mangga sebagai filler pada komposit. Hal tersebut dikarenakan filler limbah daun mangga menurunkan sifat plastisitas dari polimer polypropylene. Ukuran partikel limbah daun mangga 140 mesh menunjukan nilai tensile strength, yield strain, dan modulus elasticity of tensile yang lebih besar dibandingkan 100 mesh, sedangkan nilai bending strength, modulus elasticity of bending, dan hardness strength menunjukan ukuran partikel 100 mesh lebih besar dibandingkan 140 mesh. Kata Kunci: Komposit Partikulat, Limbah Daun Mangga, Matriks Polypropylene (PP), Karakteristik Mekanik, Tensile Strength, Yield Strain, Modulus Elastisitas, Bending Strength, dan Hardness Strength

*Penanggung Jawab

Erni Ernawaty, dkk Pembuatan dan Karakterisasi Sifat Mekanik Komposit Prolypropylene Dengan Limbah Daun Mangga Sebagai Filler THE MAKING AND MECHANICAL PROPERTIES CHARACTERIZATION OF POLYPROPYLENE COMPOSIT WITH MANGO LEAF WASTE AS FILLER ABSTRACT

Particulate composite has been made from mango leaf waste as filler withsieve size of 100 and 140 mesh. The matrix used is polypropylene (PP) type polymer with composition ratio of mango leaf waste to polypropylene particles 10:90, 15:85, 20:80, and 25:75.Mixing is done using Internal Mixer at a temperature of 180oC with a rotor speed of 50 rpm for 6 minutes, which then are molded using the Hot and Cold Press Molding. Mechanical properties of the molded samples were characterized including tensile test, bending test using a Universal Testing Machine and hardness test using a Rockwell Hardness Tester to obtain the values of tensile strength, yield strain, modulus elasticity of tensile, bending strength, modulus elasticity of bending and hardness strength. The test results showed a decrease in mechanical properties along with increasing mango leafwaste composition as filler in composites. It is because the mango leafwastefiller lowers the plasticity properties of the polypropylene polymer. Mango leaf waste particle size of 140 mesh showed a greater value of tensile strength, yield strain, and modulus elasticity of tensile than 100 mesh, while the value of bending strength, modulus elasticity of bending, and hardness strength of 100 mesh particle size are greater than 140 mesh.

Keywords: Particulate Composite, Mango Leaf Waste, Polypropylene (PP)Matrix, Mechanical Characteristics, Tensile Strength, Yield Strain, Modulus of Elasticity, Bending Strength, and Hardness Strength PENDAHULUAN Penggunaan material polimer (plastik) untuk berbagai kebutuhan hidup manusia dirasa sudah tidak asing lagi. Dalam kehidupan sehari-hari contohnya, tidak sedikit barang yang kita jumpai bermaterialkan plastik dalam setiap sudut ruangan, mulai dari lemari plastik, tempat minum, gayung, botol sampo, botol sabun, piring, gelas, sendok dan masih banyak lagi. Salah satu jenis polimer yang banyak digunakan adalah polimer jenis polypropylene (PP) atau yang dikenal sebagai polimer termoplastik nomor 5 yang banyak diaplikasikan sebagai bahan dasar untuk kemasan seperti botol sampo, sabun dan produk peralatan bayi. Tetapi di sisi lain, peningkatan penggunaan material plastik akan sebanding dengan meningkatnya permasalahan lingkungan, karena pada

dasarnya plastik sulit terdegradasi oleh mikroba sehingga berakibat pada penumpukan sampah dimana-mana (Deswita, dkk. 2008, hlm. 38) Pada dasarnya komposit merupakan sebuah material yang terdiri atas beberapa material, di mana sifat yang dimilikinya merupakan gabungan sinergis dari sifat material penyusunnya yang terdiri dari matrik sebagai pengikat dan filler atau reinforced sebagai bahan penguat (Sofyan, 2010, hlm. 161). Menurut Calister (2007) dalam bukunya yang berjudul “Materials Science and Engineering” mengungkapkan bahwa komposit terklarifikasi atas tiga divisi utama yaitu particle-reinforced, fiberreinforced, dan structural composite. Pada penelitian kali ini akan dibuat komposit particle-reinforced atau penguat

Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015

yang dibuat berukuran partikel dengan matriks polimer Polypropylene (PP). Polimer polypropylene ini memiliki masa jenis dan titik lunak yang tinggi (1760C, T m ) serta kekuatan tarik, kekuatan lentur, dan kekakuannya yang lebih tinggi dari jenis polimer lain. Sedangkan filler atau reinforced yang akan digunakan adalah limbah daun mangga dengan alasan untuk memanfaatkan limbah daun mangga yang cukup melimpah. Hal ini sesuai dengan peningkatan minat para peneliti untuk menggantikan filler sintetis ke filler tumbuhan alami mengingat keprihatinan terhadap lingkungan (Alomayri, Assaedi, Shaikh, dan Low dkk. 2014).

METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini bersifat eksperimen. Metode eksperimen dilakukan mulai dari proses pembuatan atau fabrikasi komposit dan proses karakterisasi mekanik. Data yang didapatkan dari hasil karakterisasi kemudian dianalisis menggunakan grafik hubungan antara besaran yang didapat dari hasil karakterisasi terhadap persen komposisi limbah daun mangga. Tahap pertama yang dilakukan dalam pembuatan komposit adalah pengumpulan limbah daun mangga yang kemudian dibersihkan dari tanah atau kotoran yang menempel dan dikeringkan di dibawah sinar matahari selama kurang lebih satu minggu. Setelah bersih dan kering, limbah daun di hancurkan menggunakan Crushing Machine hingga dua kali penggilingan. Hasil dari Crushing Machine disaring menggunakan Wire Mesh dengan ukuran saringan 100 dan 140 mesh (0,149 mm dan 0,105 mm) hingga didapatkan massa partikel limbah daun yang dibutuhkan. Pengurangan kadar air dilakukan terhadap sample partikel limbah daun mangga 100 dan 140

mesh untuk mengurangi jumlah kadar air yang terkandung didalamnya dengan cara memasukan sample yang telah ditimbang terlebih dahulu kedalam oven dengan suhu 1000 C selama 8 jam. Setelah kering maka sample siap untuk ditimbang sesuai dengan komposisi perbandingan persen massa partikel limbah daun mangga dan Polypropylene yang telah ditentukan yaitu 10:90, 15:85, 20:80 dan 25:75. Pembuatan komposit dilakukan menggunakan Internal Mixer pada suhu 1800C, dengan kecepatan rotor 50 rpm selama 6 menit. Dengan uraian waktu 3 menit pencampuran polypropylene dan tiga menit berikutnya pencampuran limbah daun mangga. Setelah itu dilakukan pembuatan batang uji dengan mencetak komposit yang telah di dapat dari Internal Mixer menggunakan Spacer yang kemudian akan di press menggnakan Hot Press (cetak tekan panas) Gonno Ramdia 152 mm Ramstroke 150 mm dengan suhu 1800C dan Cold Press (cetak tekan dingin) dengan suhu ruang. Tahap selanjutnya setelah batang uji selesai dibuat adalah proses karakterisasi mekanik yang meliputi uji tarik (tensile test), uji lengkung (bending test), dan uji kekerasan (hardness test). Pengujian tarik dilakukan menggunakan alat Tensilon atau Universal Testing Machine (UTM) dengan beban tarik (load cell) 5 kgf dan kecepatan pengerjaan 5.0 mm/mnt hingga sampel putus. Hasil yang didapatkan dari uji tarik adalah grafik Strain (%GL) terhadap Stress (MPa) yang kemudian akan didapatkan nilai dari kuat tarik, modulus elastisitas, dan yield strain, dengan standar uji yang digunakan yaitu Standar ISO 527-2 Type 5A. Sama halnya dengan uji tarik, uji lengkungpun menggunakan Universal Testing Machine (UTM) dengan kecepatan pengerjaan 13 mm/mnt hingga mencapai 5% strain

stress. Hasil yang didapatkan dari pengujian ini berupa grafik hubungan antara Strain (%GL) terhadap Stress (MPa) dengan data bending strength dan modulus elastisitas lengkung dengan metode uji yang digunakan adalah ASTM D 790 Prosedure B. Sedangkan pengujian kekerasan menggunakan alat Hardness Tester dengan standar uji yang digunakan adalah ASTM D785 skala R. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Uji Tarik (Tensile Test) a. Tensile Strength Hasil pengujian kuat tarik atau tensile strength yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil Pengujian Kuat Tarik Ukuran Mesh

100

140

No. Sample 1 3 5 7 9 11 13 15 17

% Komposisi DM : PP 0 : 100 10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75 10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75

Kuat Tarik (MPa) 36,53 28,69 25,99 24,22 21,50 29,45 28,58 25,87 23,43

tarikan per luasan tertentu tanpa menjadi rusak atau patah. Semakin besar nilai kekuatan tarik maka semakin besar kemampuan bahan terhadap beban tarikan. Hasil pengujian memperlihatkan bahwa semakin banyak persen komposisi daun mangga yang terkandung dalam komposit maka nilai kekuatan tarik semakin menurun. Hal ini dikarenakan terjadinya pengumpalan partikel alam dalam komposit yaitu limbah daun mangga yang mengakibatkan komposit cepat rusak bila diberi beban tarik. Semakin banyak partikel alam yang terkandung dalam komposit semakin banyak juga pengumpalan yang terjadi yang mengakibatkan menurunnya sifat plastisitas matriks yang digunakan polimer polypropylene. Seperti pada Gambar 1, ukuran partikel limbah daun mangga 140 mesh memiliki kekuatan tarik yang lebih besar dibandingkan 100 mesh. Dengan komposisi limbah daun mangga 15%, ukuran partikel 100 mesh hanya menghasilkan nilai kuat tarik sebesar 25,993 MPa, sedangkan ukuran partikel 140 mesh dengan komposisi limbah daun yang sama nilai kuat tarik mencapai 28,579 MPa. Hal tersebut dikarenakan ukuran partikel yang semakin kecil akan menghasilkan sifat tensile komposit yang semakin meningkat (Coran & Patel, 1981, hlm. 65). b. Yield Strain Hasil pengujian yield strain yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil Pengujian Yield Strain. Ukuran Mesh

No. Sample

Gambar 1. Hasil Pengujian Kuat Tarik Kekuatan tarik merupakan nilai yang menyatakan kemampuan maksimum suatu bahan untuk menerima beban

100

1 3 5 7 9

% Komposisi DM : PP 0 : 100 10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75

Yield Strain (%GL) 9,50 5,99 5,10 4,99 4,08

Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015

140

11 13 15 17

10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75

7,13 6,03 5,45 5,17

Gambar 2. Hasil Pengujian Yield Strain Yield strain adalah nilai yang menyatakan persentasi pertambahan panjang (%GL) yang dialami oleh batang uji akibat beban penarikan hingga sesaat sebelum batang uji putus. Data hasil penelitian yang pada Tabel 2 dan Gambar 2 menunjukan semakin besar persen komposisi partikel daun mangga yang terkandung dalam komposit maka semakin kecil nilai yield strain. Artinya komposisi partikel daun mangga memperkecil pertambahan panjang (nilai yield strain) yang dialami komposit, sehingga komposit akan lebih cepat putus pada komposisi daun yang lebih besar. Hal tersebut dikarenakan partikel daun mangga cenderung bersifat non plastis, sehingga membuat sifat plastis dari polimer polypropylene menjadi berkurang. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian (Deswita; Sudirman; Gunawan; 2008, hlm. 39) yang menyatakan bahwa harga yield strain semakin kecil dengan bertambahnya tapioka yang cenderung bersifat non plastis sehingga menurunkan sifat plastis polimer. Jika dilihat dari ukuran partikel, nilai yield strain memiliki tren yang sama dengan nilai kekuatan tarik dimana ukuran partikel 140 mesh memiliki nilai

yang lebih tinggi dibandingkan 100 mesh seperti yang ditunjukan pada Tabel 2 dan Gambar 2. Hal ini tentu berkaitan, apabila kekuatan tarik bernilai kecil maka pertambahan panjang yang dialami bahan akan kecil yang mengakibat bahan mudah patah. Ukuran partikel yang lebih kecil membuat pertambahan panjang atau regangan yang dialami komposit ini ketika diberi beban penarikan akan semakin besar. c. Modulus Elastisitas Tarik Hasil pengujian modulus elastisitas yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Pengujian Modulus Elastisitas. Ukuran Mesh

100

140

No. % Modulus Sample Komposisi Elastisitas DM : PP (MPa) 1 0 : 100 1070,90 3 10 : 90 970,50 5 15 : 85 934,97 7 20 : 80 950,14 9 25 : 75 967,88 11 10 : 90 937,64 13 15 : 85 1027,60 15 20 : 80 1021,50 17 25 : 75 1060,20

Gambar 3. Hasil Pengujian Modulus Elastisitas Nilai modulus elastisitas menyatakan karakteristik bahan atau ukuran kemampuan bahan terhadap perilaku deformasi plastis. Pada Tabel. 3 dan Gambar. 3 dibawah dapat dilihat bahwa

semakin banyak persen komposisi partikel limbah daun mangga dapat menurunkan kemampuan respon bahan terhadap deformasi plastis yaitu berupa tarikan. Atau dengan kata lain kekakuan komposit polypropylene limbah daun mangga menjadi berkurang seiring dengan bertambahnya komposisi partikel limbah daun mangga. Ukuran partikel lebih kecil yaitu 140 mesh membuat nilai modulus elastisitas tarik menjadi lebih besar dari ukuran partikel 100 mesh seperti terlihat pada Grafik 3 diatas. 2. Uji Lengkung (Bending Test) a. Bending Strength Hasil pengujian bending strength yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil Pengujian Bending Strength. Ukuran Mesh

100

140

No. Sample 1 3 5 7 9 11 13 15 17

% Bending Komposisi Strength DM : PP (MPa) 0 : 100 41,12 10 : 90 44,27 15 : 85 43,19 20 : 80 40,79 25 : 75 38,30 10 : 90 36,46 15 : 85 34,43 20 : 80 34,36 25 : 75 34,33

lengkung hingga bahan meregang sampai 5% dari panjang awal. Hasil penelitian yang ditunjukan pada Tabel 4 dan Grafik 4 memperlihatkan bahwa semakin besar persen komposisi limbah daun mangga semakin kecil nilai bending strength, terlihat dari trendline yang semakin menurun. Hal ini disebabkan oleh partikel limbah daun mangga atau partikel alam yang terkandung dalam komposit membuat ikatan permukaan polypropylene menjadi melemah. Sample 140 mesh terlihat berada dibawah sample 100 mesh, artinya ukuran partikel yang semakin kecil membuat nilai bending strength menjadi semakin besar, begitupun sebaliknya pada komposit polypropylene limbah daun mangga dengan ukuran partikel limbah daun mangga yang lebih besar yaitu 100 mesh membuat nilai bending strength semakin besar. b. Modulus Elastisitas Lengkung Hasil pengujian modulus elastisitas lengkung yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Hasil Pengujian modulus elastisitas lengkung. Ukuran Mesh

100

140

Gambar 4. Hasil Pengujian Bending Strength Bending strength menyatakan kemampuan bahan untuk menerima beban

No. Sample 1 3 5 7 9 11 13 15 17

% Komposisi DM : PP 0 : 100 10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75 10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75

Modulus Elastisitas (MPa) 1334,1 1796,4 1665,8 1667,0 1719,2 1355,6 1325,5 1344,0 1631,5

Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015

Tabel 6. Hasil Pengujian Kekerasan Ukuran Mesh

100

Gambar 5. Hasil Pengujian Modulus Elastisitas Lengkung Sama halnya dengan modulus elastisitas tarik, modulus elastisitas lengkungpun merupakan karakteristik bahan atau ukuran kemampuan bahan terhadap perilaku deformasi plastis, tetapi terhadap pengujian lengkung. Namun berbeda dengan hasilnya, penambahan persen komposisi partikel limbah daun mangga membuat nilai modulus elastisitas lengkung semakin meningkat seperti yang ditunjukan pada Tabel 5 dan Gambar 5. Peningkatan ini disebabkan oleh ikatan permukaan pada komposit polypropylene limbah daun mangga yang terbentuk membuat nilai semakin meningkat. Hasil penelitian pada Tabel 5 dan Gambar 5 juga memperlihatkan peningkatan yang signifikan dari sample 100 mesh, dan walaupun tidak sesignifikan 100 mesh, sample 140 meshpun mengalami peningkatan nilai modulus elastisitas bending. Ukuran partikel 100 mesh memiliki nilai modulus elastisitas yang lebih besar dibandingkan dengan ukuran partikel limbah daun mangga 140 mesh. 3. Uji Kekerasan (Hardness Test) Hasil pengujian modulus elastisitas lengkung yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 6.

140

No. Sample 1 3 5 7 9 11 13 15 17

% Komposisi DM : PP 0 : 100 10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75 10 : 90 15 : 85 20 : 80 25 : 75

Kekerasan HRR 111,5 108,8 106,6 105,1 104,0 100,3 96,4 94,0 92,9

Gambar 6. Hasil Pengujian Kekerasan Nilai kekerasan menyatakan respon bahan terhadap tekanan dengan nilai beban tertentu menggunakan indentor. Hasil penelitian pada Gambar 6 dan Tabel 6 memperlihatkan bahwa seiring penambahan komposisi partikel limbah daun mangga membuat nilai kekerasan semakin menurun, hal ini dikarenakan sifat daun mangga yang cenderung lebih lemah dan tidak lebih kuat dibandingkan polimer polypropylene yang digunakan sehingga membuat nilai kekerasan menurun. Sample yang berukuran lebih kecil memiliki nilai kekerasan yang lebih kecil pula. Terlihat dari Grafik 6 di bawah ini bahwa ukuran partikel limbah daun mangga 100 mesh memiliki nilai kekerasan yang lebih besar dibandingkan dengan 140 mesh.

KESIMPULAN 1. Pengaruh penambahan persen komposisi partikel daun mangga terhadap pengujian mekanik dari komposit polypropylene dengan limbah daun mangga sebagai filler secara garis besar menunjukan hasil penurunan sifat mekanik dari komposit baik itu nilai kuat tarik, modulus elastisitas, yield strain, nilai kekerasan maupun bending strength. Hal ini dikarenakan sifat alamiah dari partikel daun mangga yang merupakan partikel alam yang cenderung lebih lemah sifat mekaniknya dibandingkan polimer. 2. Pengaruh ukuran partikel limbah daun mangga terhadap pengujian mekanik dari komposit komposit polypropylene dengan limbah daun mangga sebagai filler menunjukan hasil untuk nilai kuat tarik, modulus elastisitas tarik dan yield strain ukuran partikel 140 mesh memiliki nilai lebih tinggi atau diatas 100 mesh, sedangkan untuk nilai kekerasan, bending strength, dan modulus bending menunjukan nilai kebalikannya yaitu 100 mesh lebih tinggi dibandingkan 140 mesh.

DAFTAR PUSTAKA Alomayri, T. dkk. (2014). Effect of water absorption on the mechanical properties of cottonfabricreinforced geopolymer composites. Journal of Asian Ceramic Societies, 2 (2014) 223–230 Callister D.William, Jr. (2007). Materials Science and Engineering An Introduction, United States of America Coran, A. Y, dkk. (1981). Elastoplastic Compositions of Cured Diene

Rubber and Polypropylene, Patent No. 4,271,049. U.S Deswita. dkk (2008). Modifikasi Polietilen Sebagai Polimer Komposit Biodegradable Untuk Bahan Kemasan, Indonesian Journal of Materials Science 536/D/2007, hal : 37 – 42 Deswita. dkk (2010). Sintesis dan Karakterisasi Polimer Komposit Polipropilen Dengan Filler Tepung Tapioka Untuk Bahan Kemasan, Indonesian Journal ofMaterials Science Vol. 12, No. 1, hal : 24 – 29 Sofyan Bondan, (2010). Pengantar Material Teknik, Salemba Teknika, Depok.

Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 3, Desember 2015