Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Tahun 2012

40

ISSN 2252-4444

PENGARUH FILLER SERAT PISANG ABAKA TERHADAP KEKUATAN BENDING

PADA BIOKOMPOSIT DENGAN MATRIK BERBASIS UBI KAYU

Fatikh Catur Wahyudi Agung

Program Studi Perawatan dan Perbaikan Mesin Politeknik Kediri fatikh. c@ g m a il . c o m

Abstrak

Diantara permasalahan lingkungan di dunia ataupun di Indonesia khususnya adalah mengenai limbah kemasan dari plastik. Solusi yang ditawarkan yaitu penggunaan biokomposit. Ubi kayu memiliki potensi yang besar untuk dikembangkan menjadi produk yang bernilai tinggi, diantaranya adalah sebagai biokomposit bahan kemasan bersifat degradable. Penelitian ini mengkaji secara eksperimental pengaruh penggunaan filler serat pisang abaka terhadap kekuatan bending pada biokomposit dengan matrik berbasis ubi kayu. Material biokomposit ini dibuat dari tepung tapioka dan serat pisang abaka dengan mencampurkan gliserol sebagai variabel terikat sebesar 20 % dari fraksi volume biokomposit tersebut. Filler yang digunakan dalam berbagai variasi, mulai 10 %,20%, 30%, 40% dan 50% dari fraksi volume biokomposit. Uji bending dilakukan menggunakan Computer System Universal TIME / WDW - 20 E. Hasil pengujian bending biokomposit menunjukkan ada perbedaan kekuatan pada penggunaan variasi filler. Pada filler 10% kekuatan 7,5 Mpa, 20% kekuatan 13,5 Mpa, 30% kekuatan 16,5 Mpa, 40% kekuatan 21 Mpa, 50% kekuatan 30 MPa.

Kata kunci: Biokomposit, filler serat pisang abaka, matrik berbasis ubi kayu, kekuatan bending.

PENDAHULUAN

Salah satu permasalahanmengenai lingkungan di dunia

ataupun di Indonesia khususnya adalah mengenai limbah plastik [1].

Solusi yang ditawarkanyaitu penggunaan

biomaterial. Salah satu biomaterial yang dikembangkan para ilmuwan adalah biokomposit. Komposit mempunyai sifat–sifat

yang unggul dibandingkan dengan material lain, seperti rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi, kaku, proses pembuatannya sangat sederhana serta tahan terhadap korosi dan beban lelah [3]. Material komposit adalah material yang dibuat dengan kombinasi dua atau lebih material berbeda yang digabung atau

dicampur secara makroskopik untuk membentuk material yang bermanfaat, dengan syarat

Jurnal Teknik Mesin, Volume 1, Nomor 1, Tahun 2012

41

ISSN 2252-4444

terjadi ikatan antara kedua material tersebut [4].Pada umumnya komposit terdiri daribahan yang disebut “matrik” dan “filler”atau bahan “penguat”. Bahan matrik dapat berupa logam, keramik,karbon

dan polimer. Matrik dalam komposit berfungsi sebagai perekat serta mendistribusikan beban kedalam seluruh material penguat komposit. Sifat matrik biasanya “ulet” (ductile). Bahan penguat dalam komposit berfungsi sebagai penahan beban yang diterima oleh material komposit. Sifat bahan penguat biasanya kaku dan tangguh. Sedangkan bahan penguat yang umum digunakan selama ini adalah serat karbon, serat gelas, dan keramik.

No. Komponen Ubi Kayu Ubi KayuKuning

TINJAUAN PUSTAKA

Ubi kayu (Manihot Esculenta) merupakantanaman pangan dengan nama lain ketela pohon, singkong atau kasepe. Pemanfaatan ubi kayu masih terbatas untuk pangan, sebagian besar diolah menjadi produk setengah jadi berupa pati, tepung ubi kayu, gaplek dan chips. Padahal ubi kayu memiliki potensi yang besar untuk Potensi ubi kayu untuk

produk nonpangan diantaranya adalah sebagai

kemasan plastik biodegradable [1]. Pisang abaka (Musa textilis Nee), sering disebut sebagai abaka, merupakan tanaman penghasil

serat. Aplikasi dari serat ini banyak digunakan sebagai bahan pembuat tali kapal laut [5]. Serat abaka juga digunakan sebagai bahan baku tekstil pengganti serat kapas, jok kursi, kerajinan tangan berupa dompet dan tas, serta pengganti asbes yang lebih sehat [6]. Melihat beberapa kelebihan dari serat pisang abaka dan Ubi kayu serta kebutuhan akan material baru yang ramah lingkungan, penulis

merencanakan material biokomposit dengan serat pisang abaka digunakan sebagai bahan penguat (filler) pada matrik pati

Ubi Kayu (Tapioka). Dari penelitian ini diharapkan ditemukan material biokomposit baru yang dapat memenuhi kebutuhan bahan dan utamanya ramah terhadap lingkungan. Matrik yang digunakan

adalah Pati berbasis Ubi Kayu (Manihot Esculenta) berbentuk kristal, yang dicampur dengan Gliserol sebesar 20%. Gliserol merupakan tryhydric alcohol C2H5(OH)3 atau 1,2,3- propanetriol. Struktur kimia dari gliserol adalah sebagai berikut :CH2OHICHOH I

CH2OH

Tabel 1 Komposisi kimia ubi kayu per 100 gram bahan [7]

1 Kalori (kkal) 146.00 157.00

2 Protein (gram) 0.80 0.80

3 Lemak(gram) 0.30 0.30

4 Karbohidrat(gram) 34.70 34.90

5 Air(gram) 62.50 60.00

Fiber Length(cm)

Diameter

(mm)

CellLegth(mm)

Cell width (μm)

Range Mean

Abaca

200 ormore

0.01-0.28 3-12 6-46 9.9

Fiber Density(gr/cc)

Extaensi

on at break (%)

TensileStrenght(Mpa)

Young Modulus

(Gpa)

Abaca

200 ormore

0.01-0.28 3-12 6-46 9.9

Bahan filler digunakan dari serat pisang abaka (Musa textillis Nee), merupakan tumbuhan yang termasuk alam famili Musaceae yang berasal dari Filipina yang telah dikenal dan telah dikembangkan sejak tahun 1519 [8].

Gambar 1 Wujud alami serat pisang abaka[9].Sedangkan dimensi dan sifat-sifat mekanik dari serat pisang abaka

adalah sebagaimanadijelaskan dalam tabel

dibawah ini:Tabel 2 Dimensi dari serat pisang abaka[10]

Tabel 3 Sifat-sifat mekanik dari serat pisang abaka [10]

METODOLOGI

Penelitian yang akan dilaksanakan adalah true experimental research yang dibagi dalam beberapa tahapan, antara lain :1. Studi Literatur

Studi literatur disinimenitikberatkan pada teori – teori tentang pengetahuan bahan material komposit,

tepung ubi kayu (tapioka) sebagai polimer organik dan serat pisang abaka.

Studi literatur dilaksanakan diJurusan Mesin Universitas Brawijaya, di

Pada perhitungan kekuatan bending ini,digunakan persamaan yang ada pada standar ASTM D790, yaitu:

3PL

laboratorium kimia tanah Jurusan TanahUniversitas Brawijaya dan internet.2. Studi Lapangan

Studi lapangan lebih difokuskan untuk memperoleh

bahan-bahanyang dibutuhkan dalam penelitian.Kegiatan dalam studi lapangan:

S=2bd2

dengan,S = Tegangan bending (MPa)P = Beban /Load (N)L = Panjang Span / Support span (mm)b = Lebar/ Width (mm)d = Tebal / Depth (mm)

(1)

Pengambilan serat pisang abaka.Melihat proses ekstraksi dan pengeringanserat pisang abaka.3. Pembuatan dan pengujian spesimenbiokomposit. Pengujian spesimen1. Pengujian kekuatan bendingPada perlakuan uji bending bagian atasspesimen mengalami penekanan

dan bagian bawah mengalami tarik sehingga akibatnya spesimen mengalami patah bagian

bawah karena tidakmampu menahan tegangan

tarik dan shear stress yang terjadi pada core.Bentuk Spesimen uji bending kompositmengacu pada standar ASTM

C393, dimana mempunyai dimensi panjang (P) =100 mm dan lebar (L) = 30 mm, sedangkantebal (t) spesimen ditentukan 2 mm.

Gambar 2 Spesimen uji bending.

Pengujian dilakukan three point bending. Kekuatan bending pada sisi bagian atas sama nilai dengan kekuatan bending pada sisi bagian bawah.

Gambar 3 Pemasangan benda uji [3].

Mesin uji bending digunakanuntuk mengukur kekuatan

bending spesimen adalah Computer System Universal TIME / WDW - 20 E, dengan spesifikasi display metode by computer, load range (500 kN), max. space (490 mm), grips for plate (50 x 80 mm) dan accuracy (1 %).

Gambar 4 Mesin Uji Bending.

HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Hasil Uji bending

Gambar 5 Spesimen uji bending. Tabel 4 Data perhitungan hasil uji Bending

Gambar 6 Tegangan bending rata-rata pada berbagai fraksi volume

seratDari tabel perhitungan diatas menunjukkanadanya peningkatan kekuatan

bendingseiring dengan peningkatan prosentase fraksi volume serat pisang abaka sebagai filler. Nilai tegangan bending meningkat seiring

dengan meningkatnyafraksi volume serat. Hal

ini terjadi karena semakin besar fraksivolume, maka jumlah serat

semakin banyak sehingga beban yang diterima oleh masing-masing serat lebih kecil. Dengan jumlah serat yang banyak maka berarti juga matrik mendapat dukungan yang lebih besar dari serat sehingga dapat menyebabkan

matriktidak mudah mengalami retak. Dari grafik di atas, tampak bahwa nilai tegangan bending tertinggi adalah sebesar 30 Mpa yang diperoleh pada fraksi volume 50%.

Foto Makro Kegagalan Uji Bending

Gambar 7 Kegagalan bending pada biokomposit dengan filler 40%,

perbesaran 4x.

Berdasarkan foto makro (gambar 7) terlihat pada spesimen biokomposit terdapat fiber pull out yang cukup banyak. Penampang

yang patah menunjukkan ikatan yangterjadi antara serat dengan matrik tidak kuat. Fiber pull out menyebabkan kekuatan komposit rendah dikarenakan matrik akan mengalami patah terlebih dulu apabila dikenai pembebanan,

mengingat sifat matrik yang getas.Ikatan yang kuat antara serat dan matrik ditunjukkan dengan patahan biokomposit secara merata pada permukaannya dengan tidak

muncul adanya serabut-serabut serat.

KESIMPULAN

Variasi penggunaan serat berpengaruh terhadap kekuatan

bending material. Peningkatan kekuatan bending tertinggi terjadi pada penggunaan serat 40% ke 50%, tercatat kekuatan bendingnya dari 21 MPa menjadi 30 MPa. Dengan demikian terjadi kenaikan 42,9 %.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Tegar, T., 2008. Pengembangan Poly Lactic Acid Sebagai Kemasan Ramah Lingkungan Berbasis

Ubi Kayu (Manihot Esculenta). Karya tulis Beswan Djarum.

[3] Rusmiyatno, F. 2007. Pengaruh fraksi

volume serat terhadap kekuatan tarik dankekuatan bending komposit nylon/epoxyresin serat pendek random. Skripsi tidakditerbitkan. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

[4] Widyastuti, Pengaruh pelapisan HNO3 terhadap sifat Mekanik

Komposit LaminaIsotropik Al/Al2O3-Al/SiC,

Laporan penelitian HB, 2006.[5] Dempsey, J.M. 1963. Long

Vegetable Fiber Developmentin South Vietnam and other AsianCountries. Overseas Mission,Saigon, p : 157-162.

[6] Sudjendro. 1999. Abaca (Musa textilis

Nee) : Potensi, pola pengembangan danMasalahnya. Warta Penelitian dan

Pengembangan Tanaman Industri, Vol. 5No.3 Desember 1999.

[7] Departemen Kesehatan. 1992. DaftarKandungan Gizi Makanan. Bharata:Jakarta.

[8] Wibowo, A. 1998. Abaca (Musa Textillis

Nee) Penghasil Serat. Duta RimbaXXIV (222) :31-37.

[9] Kaskus. 2010. Serat pisang (Abaca

"MusaTextilisNee"). ht tp: //www. kas kus .uswthread. php? t=1285300, 26-

05-2010. [10] Lewin, M. 2007. Fiber Chemistry. Taylor and Francis

group. Boca Raton-London-New York.