STUDI AWAL PEMILIHAN BAHAN KOMPOSIT BERBAHAN PENGUAT SERAT DAUN NANAS (PINEAPPLE–LEAF FIBRES) DENGAN ADMIXTURE KAOLIN DAN SILIKA Tetti Novalina Manik1, Suryajaya1 dan Eka Suarso1
Abstrak: Penelitian studi awal pemilihan bahan komposit berbahan penguat serat daun nanas (pineapple-leaf fibres) dengan admixture Kaolin dan Silika telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi matriks, serat dan bahan tambahan (admiture) yang paling baik yang digunakan sebagai papan komposit ditinjau dari sifat mekanik dan mikroskopiknya. Sifat mekanik dan mikroskopik ini juga dilihat dari orientasi susunan serat, yakni serat arah vertikal, vertikal horizontal, serat pendek dan disusun acak dan variasi jumlah massa serat. Berdasarkan hasil uji MOR dan MOE, komposisi matriks dan penguat yaitu resin epoxy dan serat nanas adalah 2,6 gr : 55 gr dengan susunan vertikal yaitu dengan nilai uji tekan (MOR) sebesar 569,49 kg/cm2 dan uji tarik (MOE) sebesar 43.407,91 kg/cm2. Penambahan bahan admixture silika dan kaolin pada bahan komposit tidak mempengaruhi atau memperbaiki sifat mekanik dari papan komposit serat nanas, bahkan melemahkan, demikian juga dengan ukuran serat pendek dan jika disusun acak. Berdasarkan uji mikroskopik, papan komposit yang dibuat telah menujukkan homogenitas antara serat, resin dan bahan admixture yaitu kaolin dan silika Kata Kunci : serat daun nanas, komposit, admixture, MOR, MOE
PENDAHULUAN
lebih tinggi, tahan korosi dan ramah
Penelitian guna mendapatkan
lingkungan.
sifat material yang sesuai dengan
Komposit adalah gabungan dua
spesifikasi yang diinginkan, semakin
atau lebih material berbeda dengan
berkembang.
dengan
tujuan
material-
baru.
peralihan
Salahsatunya penggunaan
mendapatkan Material
sifat
penyusun
material komposit
material murni ke material komposit.
masing-masing memiliki sifat bahan
Penggunaan material-material murni
berbeda satu sama lainnya baik itu
juga cenderung lebih mahal dalam
sifat kimia maupun fisikanya. Unsur
pembuatannya.
komposit
utama dalam komposit adalah serat
telah memenuhi pasar bidang listrik
dan penguat/pengikat. Matriks adalah
dan
dan
fasa dalam komposit yang mempunyai
industri, transportasi, olahraga dan
fraksi volume terbesar (dominan) dan
dan bidang lainnya. Hal ini disebabkan
bahan penguat adalah bagian utama
bahan
dari komposit yang berfungsi sebagai
elektronika,
komposit
Material
bangunan
memiliki
banyak
keunggulan, diantaranya berat yang
penanggung
lebih ringan, memiliki kekuatan yang
komposit sedangkan bahan pengisi
1
Program Studi Fisika FMIPA Universitas Lambung Mangkurat
147
beban
utama
pada
Manik, T.N., dkk. Studi Awal Pemilihan Bahan Komposit.....148
berfungsi untuk mengisi kekosongan
memvariasikan komposisi matrik dan
rongga
penguat
yang ada pada komposit.
dengan
hasil
pengujian
kekuatan tarik sebesar 160,8 kgf/cm 2
(Gibson, 2012). Serat daun nanas (pineapple–
dan kekuatan uji impak 0,064 j/mm 2.
leaf fibres) adalah salah satu jenis
Pengaruh orientasi/arah susunan serat
serat yang berasal dari tumbuhan
pada komposit resin polyester serat
(vegetable
nanas
daun nanas juga telah dilakukan oleh
mempunyai lapisan luar yang terdiri
Fahmi & Hermansyah, (2011) dan
dari lapisan atas dan bawah. Diantara
menghasilkan
lapisan
sebesar 41,81 N/mm 2.
fibre).
tersebut
Daun
terdapat
banyak
kekuatan
uji
tarik
ikatan atau helai-helai serat (bundles
Penelitian ini membuatan papan
of fibre) yang terikat satu dengan yang
komposit berbahan serat daun nanas
lain oleh sejenis zat perekat (gummy
dengan matriks resin epoxy dengan
substances)
penambahan zat aditif dari bahan
yang
terdapat
dalam
daun. (Bartholomew, dkk. 2003)
galian alam lokal yaitu kaolin dan pasir
Penelitian tentang sifat serat
silika.
Penambahan
zat
aditif
ini
daun nanas telah banyak dilakukan.
diperkirakan akan memperkuat sifat-
Hidayat (2008) memanfaatkan serat
sifat mekanik papan komposit yang
daun nanas sebagai alternatif bahan
dibuat
baku tekstil dan menunjukkan bahwa
kekosongan yang terjadi pada material
sifat fisik dan mekanik serat daun
komposit yang dibuat.
karena
mampu
mengisi
nanas, sangat memungkinkan untuk
Daerah Kabupaten Barito Kuala
dipintal menjadi benang. Rasfa, A.H. &
merupakan salah satu daerah potensi
Tim MiRC-1, (2010) menyimpulkan
nanas di Kalimantan Selatan. Luas
bahwa
serat
nanas
lahan yang digunakan kini mencapai 42
menjadi
bahan
hektar. Perkembangan produksi nanas
pengganti kayu dan serat ijuk, karena
di tahun 2004 sebesar 1,97 %, 2005
komposit serat nanas yang telah diberi
sebesar 4,30 %, 2006 sebesar 24,95
resin, memiliki kekuatan 1,8 kali lebih
%, 2007 sebesar 90,44 %, 2008
kuat dibandingkan kayu. Rihayat &
sebesar 63,80 % dan 2009 sebesar
Suryani (2013) juga membuat bahan
148,70 % (Baritokualakab, 2013). Data
komposit dengan epoxy dan serat
tersebut
daun nanas sebagai penguat dengan
panen 2 hingga 3 kali setahun, maka
berpotensi
komposit untuk
memberi arti, dengan masa
149 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 11 No. 2, Agustus 2014 (147 – 153) setiap tahunnya limbah daun nanas
sebuah unit struktur, melindungi dari
daerah
meningkat,
perusakan eksternal, meneruskan atau
dilakukan
memindahkan beban eksternal pada
limbah
bidang geser antara serat dan matrik,
ini
sehingga
semakin
sangat
penanganan
perlu
permasalahan
nanas, khususnya menjadi bahan yang
sehingga
matrik
bermanfaat dan bernilai ekonomi.
berhubungan.
Nanas
dalam
dan
Matriks
komposit
serat
saling
adalah
yang
fasa
mempunyai
Tanaman nanas dapat tumbuh
bagian atau fraksi volume terbesar.
pada keadaan iklim basah maupun
Syarat matriks yang digunakan harus
kering.
untuk
mampu mempertahankan serat pada
tanaman nanas adalah 23-320C dan pH
posisinya serta mampu mentransfer
4,5-6,5. Tanaman nanas cocok ditanam
tegangan ke serat saat komposit dikenai
di ketinggian 800-1200 mdpl. Panjang
beban. Matriks yang ditambahkan pada
daun nanas berkisar antara 55 sampai
pembuatan komposit berfungsi untuk
75 cm dengan lebar 3,1 sampai 5,3 cm
meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan
dan tebal daun antara 0,18 sampai
sekaligus
0,27 cm. (Ristek, 2000).
komposit terhadap material lainnya.
serat
Suhu
yang
sesuai
sebagai
Pemilihan
daun
dengan
mempertimbangkan sifat-sifatnya, yaitu
dapat
tahan terhadap panas, tahan cuaca
perlakuan
alkali.
meningkatkan
adalah
Proses
kekasaran
ini
permukaan
serat sehingga permukaan kontaknya
yang
buruk
dan
matrik
bahan
Salah satu cara pengambilan nanas
material
perekat
tahan
biasanya
terhadap
goncangan.
juga meningkat. Bahan kimia yang sederhana dan efektif untuk perlakuan alkali
pada
serat
adalah
NaOH
Serat Serat
adalah
bahan
pengisi
(Jamasri, 2008). Hal ini disebabkan
matrik yang digunakan untuk dapat
selulosa tidak larut dalam alkali NaOH
memperbaiki sifat dan struktur matrik
sedangkan hemiselulosa, lignin dan
yang tidak dimilikinya. Serat
unsur lain larut dalam alkali NaOH.
diharapkan mampu menjadi bahan
juga
penguat matrik pada komposit untuk Matriks Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan pengikat serat menjadi
menahan gaya yang terjadi. Serat dibedakan menjadi serat panjang
dan
serat
pendek
dan
Manik, T.N., dkk. Studi Awal Pemilihan Bahan Komposit.....150
berdasarkan asal usulnya, serat alam
dan plastis dan sifat silika memiliki
dikelompokkan menjadi (a) Serat yang
kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis
berasal dari binatang (animal fiber)
2,65, titik lebur 1.7150C dan bentuk
antara lain wool, sutera, cashmere,
kristal hexagonal.
ilama dan camel hair. (b) Serat yang berasal dari bahan tambang (mineral
METODE PENELITIAN
fiber) misal serat asbes. (c) Serat yang berasal fiber)
dari dan
tumbuhan dapat
(vegetable
daun nanas dari daerah Marabahan
lagi
Kabupaten Barito Kuala Kalimantan
menjadi 3 yaitu (i) Serat yang diambil
Selatan. Bahan matriks yang digunakan
dari biji (ii) Serat yang diambil dari
adalah
batang, dan (iii) Serat yang diambil
tambahan pasir Silika dan Kaolin asal
dari
abaqa,
Kampung Baru Cempaka Banjarbaru.
lidah
Serat daun nanas diperoleh melalui
mertua. Berdasarkan bentuknya serat
proses ekstraksi yaitu direndam dalam
dibedakan menjadi (a) unidimensional,
larutan NaOH 5 % selama ± 3 jam,
yaitu bentuk serat bergandeng searah,
kemudian dijemur dan diurai menjadi
seperti benang rajutan, atau pita, (b)
serat nanas. Kaolin dan pasir silika yang
bidimensional, yaitu berbentuk seperti
telah diambil kemudian digerus dan
anyaman,
diayak untuk mendapatkan ukuran butir
daun,
dibedakan
Penelitian ini menggunakan serat
contohnya
henequen, daun nanas dan
bulu
atau
keset.
(c)
Tridimensional
kadang
disebut
multidimensional
dimana
orientasi
resin
epoksi
dan
bahan
yang halus dan seragam. Proses
pembuatan
dengan
metode
komposit
serat beberapa arah. (Daniel gay,
dilakukan
cetakan
dkk.2003).
terbuka (open-mold process) dengan metode contact molding/hand lay-up. Hand lay-up yaitu proses pembuatan
Kaolin dan Silika Kaolin
dan
Silika
digunakan
komposit dengan cara menuangkan
sebagai bahan tambahan pada matriks,
resin ke dalam cetakan secara langsung
dengan asumsi dapat memperbaiki sifat
kemudian memberi tekanan sekaligus
mekanik dari material komposit. Sifat-
meratakannya. Cetakan komposit yang
sifat kaolin yaitu diameter sekitar 0,05-
dibuat
10 μm (rata-rata 0,5 μm, kekerasan 2-
vertikal, vertikal horizontal dan acak.
2,5 skala mohs, berat jenis 2,60 - 2,63
Panjang
yaitu
serat
serat
nanas
horizontal
disusun
15
cm,
151 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 11 No. 2, Agustus 2014 (147 – 153) horizontal 6 cm dan acak 2 cm. Uji
ditunjukkan oleh Tabel 1. Berdasarkan
mekanik yang dilakukan uji MOR dan
nilai uji tekan/patah diperoleh bahwa
MOE di Balai Riset dan Standardisasi
komposisi yang memiliki nilai uji patah
Industri Kota Banjarbaru. Pemilihan
tertinggi pada komposisi serat daun
susunan serat mempengaruhi sifat
nanas dengan Resin yang disusun
mekanik
komposit,
vertikal, yakni 569,49 kg/cm 2. Jika
susunan
serat
arah
berhubungan
dibandingkan
gaya
yang
saja, nilai ini lebih rendah, namun nilai
Komposit
MOR resin yang tinggi ini bersifat
mempunyai kekuatan yang tinggi jika
getas, yaitu pecah saat diuji patah,
susunan serat searah dengan gaya
berbeda
yang diberikan, demikian sebaliknya.
serat, ketika diuji patah, papan hanya
Hal
dengan
ini
karena
penyebaran
bekerja
pada
ini
komposit.
disebabkan
mempunyai
ikatan
dengan
dengan
MOR
papan
Resin
komposit
matriks
tidak
patah. Hal ini menunjukkan serat daun
secara
kimia
nanas meningkatkan ikatan atau gaya
dengan serat.
tarik masing-masing materi. Komposisi yang memiliki nilai uji patah paling
HASIL DAN PEMBAHASAN
rendah adalah serat daun nanas, resin
Hasil Uji Tekan atau uji MOR
dan silika dengan susunan VH, yakni
(Modulus of Rupture) dan Uji Tarik
270,86/cm2 dan serat daun nanas,
atau uji MOE (Modulus of Elastic)
resin dan kaolin, yakni 296,74 kg/cm2.
Tabel 1. Hasil Uji MOR dan Uji MOE pada sampel papan komposit serat daun nanas No
Komposisi Serat
Susunan Serat
1 Resin 2 Resin + Serat V 3 Resin + Serat VH 4 Resin + Serat + Kaolin V 5 Resin + Serat + Kaolin VH 6 Resin + Serat + Silika V 7 Resin + Serat + Silika VH Ket: V = Vertikal, VH = Vertikal Horizontal
Hasil UJI MOE MOR 2 (Kg/cm ) (Kg/cm2) 726,64 30.010,82 569,49 43.407,91 428,53 37.870,53 337,64 28.216,87 296,74 21.575,73 386,28 30.836,70 270,86 26.688,45
Penambahan kaolin dan silika
fisik bahan-bahan tersebut, yaitu sifat
tidak menambah kekuatan patah dari
kaolin yang mudah berubah bentuk,
pada
forous, rapuh dan plastis, sehingga
papan
komposit.
Hal
ini
kemungkinan disebabkan oleh sifat
tidak kuat untuk menahan beban.
Manik, T.N., dkk. Studi Awal Pemilihan Bahan Komposit.....152
Berdasarkan uji MOE (Tabel
menunjukkan nilai MOR dan MOE
1), papan komposit dengan nilai MOE
juga berkurang jika ukuran serat
tertinggi
yaitu
disusunan yakni
serat
vertikal
43.407,91
daun
nanas
diperkecil
dengan
resin,
teratur.
Kg/cm 2.
susunannya
Demikian
juga
tidak
dengan
ini
memperhalus diameter serat, Tabel
serat
3, juga tidak terlalu meningkatkan
komposit dalam menahan gaya tarik
nilai MOR dan MOE papan komposit.
yang membuat sampel tidak mudah
Berdasarkan
putus. Nilai MOE komposit dengan
Standard (JIS) A 5905 (tahun 2003)
tambahan kaolin lebih rendah dari
papan serat harus memenuhi kriteria
semua komposisi, hal ini kemungkina
dengan
disebabkan oleh sifat kaolin yang
Kgf/cm2 dan MOE minimal 25.500
mudah dibentuk dan tidak elastik.
kgf/cm2
Tabel 2 adalah hasil MOR dan MOE
komposit
dengan susunan serat acak, panjang
penelitian ini telah memenuhi standar
serat 1 cm dan 2 cm. Tabel tersebut
ini sebagai papan komposit.
disebabkan
kemampuan
Hal
dan
Japanese
nilai
MOR
dan yang
Industrial
minimal
306
beberapa
papan
dibuat
dalam
Tabel 2. Hasil Uji MOR dan Uji MOE sampel papan komposit dengan susunan acak Massa Hasil UJI Susunan Serat No Komposisi Serat MOE MOR Serat 2 (Gram) (Kg/cm ) (Kg/cm2) 1 Resin + Serat Acak 4 386,21 24.613,83 2 Resin + Serat + Kaolin Acak 4 200,02 26.360,59 3 Resin + Serat Acak 4 332,05 27.671,19 4 Resin + Serat + Kaolin Acak 4 143,44 22.441,53 5 Resin + Serat Acak 3,5 256,74 25.200,47 6 Resin + Serat + Kaolin Acak 3,5 226,11 24.191,47 7 Resin + Serat Acak 3,5 303,15 21.975,20 8 Resin + Serat + Kaolin Acak 3,5 207,10 19.893,22
Tabel 5. Uji MOR dan MOE papan komposit dengan diameter serat sangat halus Massa Hasil UJI Susunan Serat No Komposisi Serat MOE MOR Serat (Gram) (Kg/cm2) (Kg/cm2) 1 Resin + Serat V 2,6 378,92 22.133,34 2 Resin + Serat VH 2,6 333,03 22.740,07 3 Resin + Serat + Kaolin V 2,6 334,32 24.393,37
153 Jurnal Fisika FLUX, Vol. 11 No. 2, Agustus 2014 (147 – 153) KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini adalah bahwa papan komposit yang telah dibuat memiliki sifat mekanik yang terbaik jika serat disusun vertikal, yaitu (1) Nilai uji tekan (MOR) sebesar 569,49 kg/cm2 dan uji tarik (MOE) sebesar 43.407,91 kg/cm2. (2) Penambahan kaolin dan silika pada campuran matriks tidak memperbaiki karanteristik
mekanik
dari
papan
komposit yang dibuat. DAFTAR PUSTAKA Baritokualakab, 2013. Pertanian http://baritokualakab.go.id.htm (diakses pada tanggal 22 Agustus 2014) Bartholomew, Paull & Rohrbach. 2003. The Pineapple : Botany, Production and Uses. CABI publishing, London Fahmi, H. & Hermansyah, H. 2011. Pengaruh Orientasi Serat pada Komposit Resin Polyester/Serat Daun Nenas Terhadap Kekuatan Tarik. Institut Teknologi Padang. Jurnal Teknik Mesin Vol. 1, No. 1, Oktober 2011 : 46-52
Gibson, R. F. 2012. Principles of composite material mechanics third edition. CRC Prees Taylor & Francis Group, USA Hidayat, P. 2008. Teknologi Pemanfaatan Serat Daun Nanas sebagai Alternatif Bahan Baku Tekstil, Jurnal Teknoin, Vol 13, No 2. 31-35 Jamasri, 2008. Prospek pengembangan komposit serat alam di Indonesia. Pidato pengukuhan jabatan Guru Besar pada Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada, Yogyakarta Rasfa, A.H. dan Tim MiRC 1. 2010. Mahasiswa ITB Ciptakan Komposit Serat Nanas dan Serat Ijuk Sebagai Pengganti Kayu. Material Research Club 1ITB. http://www.itb.ac.id/news/trackb ack/2765 Rihayat, T. & Suryani. 2013. Pembuatan Polimer Komposit Ramah Lingkungan untuk Aplikasi Industri Otomotif dan Elektronik. Politeknik Negeri Lhokseumawe, Lhokseumawe. UIN Malang. 2013. Teknologi Komposit http://www.uin-malang.ac.id (diakses pada tanggal 26 Agustus 2014)
