analisa sifat fisis dan mekanis komposit serat ijuk dengan

Prosiding Seminar Nasional XI “Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2016Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

298

Analisa Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serat Ijuk DenganBahan Matrik Poliester

Untoro Budi Surono1, Sukoco2,

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Janabadra1

[email protected] Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Janabadra2

AbstrakPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh prosentase serat ijuk dalam koposit

terhadap sifat fisis dan mekanis komposit serat ijuk berpengikat resin yang nantinya digunakan sebagaibahan sudu kincir air. Pada penelitian ini komposit dibuat dengan variasi komposisi campuran ijuk danresin, yaitu 0% (resin murni), 5%, 6%, 7%, 8%, dan 9% berat dari campuran resin dan katalis. Sedangkanperbadingan antara katalis dan bahan resin adalah 1/40. Untuk mengetahui sifat fisis dan mekaniskomposit dilakukan pengujian densitas, pengujian impact, pengujian bending, pengujian tarik danpengujian SEM. Pengujian densitas digunakan untuk mengetahui pengaruh penambahan ijuk padakomposit. Pengujian impak digunakan untuk mengetahui kekuatan bahan dari beban kejut. Pengujianbending digunakan untuk mengetahui kelenturan komposit. Sedangkan pengujian tarik digunakan untukmengetahui elastisitas komposit terhadap beban normal. Dari hasil pengujian densitas diketahui bahwapenambahan serat ijuk akan menurunkan densitas dari komposit. Semakin besar prosentase ijuk semakinturun densitas komposit. Dari pengujian impak diketahui bahwa penambahan serat ijuk akan menambahkekuatan komposit terhadap beban kejut. Dari pengujian bending diketahui bahwa penambahan kompositakan meningkatkan kelenturan dari komposit. Semakin banyak serat ijuk dalam komposit, kelenturankomposit semakin tinggi. Dari hasil pengujian diketahui bahwa semakin besar prosentase serat ijuk dalamkomposit semakin tinggi kekuatan tarik komposit.

Kata kunci: komposit, resin, serat ijuk, sifat fisis, sifat mekanis

1. PendahuluanKomposit adalah suatu jenis bahan baru

hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebihbahan dimana sifat masing-masing bahanberbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimiamaupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasilakhir bahan tersebut. Gabungan dua materialtersebut mempunyai fungsi masing-masing,matrik berfungsi sebagai pengikat sedangkanserat berfungsi sebagai penguat, sehinggakomposit tersebut menghasilkan material baruyang ringan dan kuat.

Dari penelitian-penelitian yang telahdilakukan sebelumnya (Rozman dkk., 1998,Diharjo, 2006, Nurudin, 2011) diketahui bahwapenambahan serat alam akan menambahkekuatan dari komposit. Sifat-sifat komposittergantung dari serat pengisinya.

Banyak jenis serat yang bisa digunakansebagai material komposit., saat ini banyakditeliti dan dikembangkan komposit denganberbagai serat alam sebagai material serat.Indonesia merupakan salah satu negara yangbanyak memiliki hutan dan pegunungan, yangditumbuhi berbagai tanaman atau pepohonanliar dari berbagai jenis yang banyak diantaranyamenghasilkan serat alam, salah satunya adalahpohon aren atau enau.

Serat yang dihasilkan dari pohon arendikenal dengan nama serat ijuk, biasa digunakan

berbagai keperluan rumah tangga antara lain:sapu, keset, tali, penyaring air, peredam getaranatap rumah dan lain-lain. Ijuk kualitas nomorsatu memiliki serat yang panjang, tebal dantekstur yang lebih kuat, biasanya termasukdalam ijuk kualitas ekspor. Produksi ijuk secaranasional ijuk mencapai 14.000 ton per bulanatau 165.000 ton per tahun

Sementara ini pemanfatan ijuk masihsebatas pada keperluan rumah tangga, bahkandiekspor dalam kondisi bahan mentah, olehsebab itu pemanfatan ijuk sebagai bahan dasarkomposit merupakan harapan baru untukmemanfaatkan ijuk menjadi komonditas yangmempunyai nilai tambah yang lebih tinggi.

Penelitian komposit yang menggunakanserat alam telah dilakukan oleh beberapaPeneliti antara lain; Penelitian Komposit denganbahan serat sabut kelapa dengan bahan pengikatpoliester telah dilakukan oleh Maryanti, dkk(2011). Penelitian ini dilakukan dengan variasiperlakuan alkalisasi dengan menggunakanNaOH terhadap serat. Dari hasil penelitian inidiketahui bahwa dengan alkalisasi NaOH 5%menghasilkan komposit dengan kekuatan tarikyang paling optimum yaitu sebesar 97.356N/mm2

Penelitian Komposit dengan bahan seratbambu-poliester dilakukan oleh Porwanto danJohar (2009). Penelitian ini dilakukan dengan


299

variasi fraksi volume serat penguat 0%, 2,5%,5%, 7,5%, 10%, 12,5%. Pengujian tarik dandensitas dilakukan terhadap komposit. Darihasil pengujian diperoleh hasil bahwa kompositdengan penguat serat bambu pada fraksi volume2,5% memiliki karakteristik paling mendekatiideal yakni memiliki kekuatan tarik sebesar38,57 MPa, modulus elastisitas sebesar 1326,92MPa dan densitas sebesar 1,203 gram/ml.

Sebagai bahan pengikat untuk kompositbiasanya menggunakan resin. Resin adalahbahan polimer, dalam komposit sebagaimatrik. Resin sebagai matrik mempunyaifungsi sebagai pengikat, sebagai pelindungstruktur komposit, memberi kekuatan padakomposit dan bertindak sebagai media transfertegangan yang diterima oleh komposit sertamelindungi serat dari abrasi dan korosi (Hyer,1998).

Komposit yang terdiri dari ijuk sebagaiserat dan resin sebagai pengikat diharapkanakan memiliki banyak keunggulan, diantaranyaberat yang lebih ringan, dan kekuatan yanglebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biayaperakitan yang lebih murah karenaberkurangnya jumlah komponen dan baut-bautpenyambung.

Secara umum tujuan penelitian ini adalahuntuk mengetahui karakteristik komposit seratijuk berpengikat resin yang nantinya digunakansebagai bahan sudu kincir air. Serat ijukmemiliki potensi yang cukup menjanjikan jikadiolah dengan baik. Penelitian ini mencobamengangkat potensi dari ijuk untuk dibuatmaterial komposit. Alasan paling utama daripemilihan ijuk sebagai serat dalam pembuatanmaterial ini adalah ijuk memenuhi syaratsebagai serat, yaitu bentuknya yang bulat pipihdan kemampuan ikat terhadap resin yang cukuptinggi. Sehingga jika ijuk dibuat materialkomposit dengan resin sebagai pengikatnyaakan dihasilkan sebuah material yangmempunyai kekuatan yang relatif lebih baikyang selanjutnya akan digunakan sebagaimaterial pembuat sudu kincir apung.2. Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan metodeeksperimen. Pembuatan komposit dengan bahandasar ijuk sebagai serat dan resin sebagaipengikatnya. Ijuk dan resin dibentuk menjadimaterial berbentuk papan komposit. Padapenelitian ini komposit dibuat dengan variasikomposisi campuran ijuk dan resin. Pengujianyang akan dilakukan terhadap sampel uji,antara lain sifat fisik dan mekanisnya.

Pengujian sampel komposit dilakukan diLaboratorium Bahan Teknik Fakultas TeknikUniversitas Janabardra, dan LaboratoriumBahan Teknik Fakultas Teknik UniversitasGajah Mada.

2.1. Bahan penelitianBahan penelitian meliputi, serat ijuk

digunakan sebagai matrik komposit, resindigunakan sebagai bahan pengikat padakomposit, dan katalis yang dicampur denganresin berfungsi untuk mengaktifkan resinsehingga menjadi keras.Bahan polimer yang digunakan yaitu poliesterBQTN 268 Yukalac

2.2. Peralatan penelitianPeralatan yang akan digunakan antara lain:

Alat Uji Densitas, Universal Testing Machine,Alat Uji Impact, Alat Uji Three Point Bending,Alat Uji SEM, Alat Pengaduk, Alat Pencetak,Alat Pengepres, dan Timbangan Digital.

Gambar 1. Alat-lat pengujian, (a)alat uji impact, (b)alat uji bending, (c) alat uji tarik

2.3. Prosedur penelitianPenelitian ini diawali dengan pembuatan

komposit serat ijuk yang ditambahkan padacampuran resin dan katalis sebesar 5%, 6%, 7%,8%, dan 9% berat dari campuran resin dankatalis, sedangkan perbadingan antara katalisdan resin 1/40. Setelah penuangan, kompositdidiamkan selama kurang lebih 1 jam agarkomposit serat ijuk mengeras, setelah itu papanpartikel dilepas dari cetakan. Komposit seratijuk siap dibuat sampel untuk pengujian.

Pengujian densitas dilakukan secaraeksperimental dengan metode Archimedes,yang didasarkan pada standar pengujian ASTMD792 (ASM, 2001) yang langkahnya adalah .Sampel ditimbang pada temparatur ruang (20 –25°C) sehingga diperoleh masa kering dari

(a) (b)

(c)


300

sampel. Selanjutnya sampel dimasukkan dalamair murni dalam beaker glass pada posisidigantung sambil ditimbang. Setelah diperolehmasa sampel, baik di udara (kering) maupun didalam air (basah), selanjutnya dilakukanperhitungan dengan persamaan sebagai berikut:

= A x air murni /(A –b) (1)

dengan: = A x air murni /(A –b), b = masasampel tergantung dalam air (g), A = masasampel kering (g), air murni = masa jenis airmurni (0,9775 g/cm3)

Gambar 2. Sampel untuk pengujian densitas

Pengujian modulus pecah (modulus ofrupture, MOR) digunakan pengujian lengkungstatik (static bending test). Pada penelitian inimenggunakan Three Point Bending Test

Modulus pecah (modulus of rupture,MOR) menjadi pengukuran yang umum darikekuatan lengkung papan komposit. MORadalah tegangan lengkung puncak dari suatubahan dalam lendutan (flexure) atau lengkungan(bending), dan sering digunakan untukmembandingkan satu bahan dengan yang lain.

MOR = (2)

dengan: MOR = Modulus of Rupture, kPa b = lebar benda uji, mmP = beban maksimum, NL = jarak tumpuan benda uji, mmb = lebar benda uji, mmd = tebal benda uji, mm

d = tebal benda uji, mm

Gambar 3. Sampel untuk pengujian bending

Pengujian impact adalah pengujian denganmenggunakan pembebanan yang cepat (rapidloading). Pengujian impak merupakan suatupengujian yang mengukur ketahanan bahanterhadap beban kejut. Pengujian impakmerupakan suatu upaya untuk mensimulasikankondisi operasi material yang sering ditemuidalam konstruksi dimana beban tidak selamanya

terjadi secara perlahan-lahan melainkan datangsecara tiba-tiba.

Pengujian impact dilakukan denganmetode Charpy. Benda uji Charpy memiliki luaspenampang lintang bujur sangkar (18 x 18 mm)dan memiliki takik (notch) berbentuk V dengansudut 45o, dengan jari-jari dasar 0,25 mm dankedalaman 2,5 mm. Benda uji diletakkan padatumpuan dalam posisi mendatar dan bagianyang bertakik diberi beban impact dari ayunanbandul.

Kekuatan impact yang dihasilkan (Is)merupakan perbandingan antara energy serap(Es) dengan luas penampang (A). Kekuatanimpact dapat dihitung dengan persamaan:

Is = Es / A (3)dengan:Is = Kekuatan impact (kJ/m2)Es = Energi serap (kJ)A = Luas permukaan (m2)

Gambar 4. Sampel untuk pengujian impact

Pengujian tarik (tensile test) adalahpengujian mekanik secara statis dengan carasampel ditarik dengan pembebanan pada keduaujungnya dimana gaya tarik yang diberikansebesar P (Newton atau kg gaya). Tujuannyauntuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik(kekuatan tarik) dari komposit yang diuji.Pertambahan panjang (Δl) yang terjadi akibatgaya tarikan yang diberikan pada sampel ujidisebut deformasi.

Kekuatan tarik diukur dengan menariksekeping sampel dengan dimensi yang seragam.Tegangan tarik σ, adalah gaya yangdiaplikasikan, F, dibagi dengan luas penampangA yaitu:

σ = F / A (4)

Satuan yang dipakai Newton per meter kuadrat(MKS).Perbandingan tegangan (σ) terhadapperpanjangan (ε) disebut modulus elastisitas, E.

E = σ / ε (5)


301

Modulus elastisitas, E menggambarkan ukuranketahanan terhadap tegangan tarik.

Gambar 5. Sampel untuk pengujian tarik

3. Hasil dan Pembahasan3.1. Densitas komposit

Densitas komposit menunjukkan sifatringan pada bahan komposit. Semakin kecilnilai densitas komposit maka semakin ringankomposit tersebut. Sifat ringan merupakan sifatyang diperlukan untuk beberapa penerapanseperti untuk sudu kincir air. Adapun densitaskomposit pada penelitian ini diperoleh nilaiantara 1,199 gram/cm3 hingga 1,117 gram/cm3.Data selengkapnya ada di tabel 1.

Tabel 1. Densitas komposit

No.Prosentase

seratDensitas

(gram/ cm3)

1 0% 1,1992 5% 1,1623 6% 1,1534 7% 1,1465 8% 1,1366 9% 1,117

Gambar 6. Grafik densitas komposit

Dari hasil pengujian densitas terhadapbahan komposit di atas diketahui bahwa resinmurni tanpa serat ijuk memiliki densitas yanglebih tinggi dari komposit yang diberi serat ijuk.Sedangkan untuk komposit yang diberi seratijuk semakin banyak serat ijuk dalam komposit,akan mempunyai densitas yang semakin rendah.Hal ini bisa menunjukkan bahwa serat ijukmemiliki densitas yang lebih rendah dari resin.

Hasil ini sangat cocok untuk bahan sudukincir air khususnya kincir air tipe apung yangmemang membutuhkan bahan-bahan dengandensitas rendah tetapi kuat.

3.2. Kekuatan impactPengujian impak merupakan suatu

pengujian yang mengukur ketahanan bahanterhadap beban kejut. Densitas komposit padapenelitian ini diperoleh nilai antara 15,9 kJ/m2

hingga 32,7 kJ/m2. Data selengkapnya ada padatabel 2.

Tabel 2. Kekuatan impact komposit

No.Prosentase

seratKekuatan

impact (kJ/m2)

1 0% 3,52 5% 15,93 6% 17,64 7% 21,25 8% 28,26 9% 32,7


302

Gambar 7. Grafik kekuatan impactkomposit

Dari hasil pengujian impact terhadapbahan komposit di atas diketahui bahwa resinmurni tanpa serat ijuk memiliki kekuatan yanglebih rendah dari komposit yang diberi seratijuk. Sedangkan untuk komposit yang diberiserat ijuk semakin banyak serat ijuk dalamkomposit, akan mempunyai kekuatan impactyang semakin tinggi.

Dari hasil di atas terbukti bahwapenambahan serat ijuk akan menjadi penguatkomposit terhadap beban kejut. Dengan adanyaserat ijuk dalam komposit beban yang terjadiakan ditahan oleh resin maupun oleh serat ijukyang ada di dalamnya.

3.3. Modulus pecahModulus pecah (modulus of rupture,

MOR) menjadi pengukuran yang umum darikekuatan lengkung papan komposit. Moduluspecah komposit pada penelitian ini diperolehnilai antara 16,32 kPa hingga 26,4 kPa. Dataselengkapnya dapat dilihat pada tabel 3.

Tabel 3. Modulus pecah komposit

No.Prosentase

seratMOR (kPa)

1 5% 16,322 6% 17,763 7% 21,124 8% 245 9% 26,4

Gambar 8. Grafik modulus pecah komposit

Dari hasil pengujian modulus pecahterhadap bahan komposit di atas diketahuibahwa semakin banyak serat ijuk dalamkomposit, akan mempunyai modulus pecahyang semakin tinggi. Hal ini menunjukkanbahwa adanya serat ijuk di dalam kompositmembantu resin dalam menahan adanya bebanlentur.

3.4. Kekuatan tarikUntuk mengetahui kekuatan tarik dari

sampel dilakukan dengan menarik sampeldengan beban tertentu (dalam kg gaya) sampaisampel putus. Data pengujian tarikselengkapnya adalah sebagai berikut:

Tabel 4. Kekuatan tarik komposit

No.Prosentase

seratKekuatan tarik

(kg/mm2)

1 5% 2,26

2 6% 3,38

3 7% 3,49

4 8% 3,79

5 9% 4,21

Gambar 9. Grafik kekuatan tarik komposit


303

Dari hasil pengujian tarik terhadap bahankomposit di atas diketahui bahwa semakin besarprosentase serat ijuk dalam komposit semakintinggi kekuatan tarik komposit. Kekuatan tarikkomposit pada penelitian ini diperoleh nilaiantara 2,26 kg/mm2 untuk komposit dengan 5% serat ijuk hingga 4,21 kg/mm2 untukkomposit dengan 9% serat ijuk.

4. KesimpulanDari hasil-hasil pengujian dapatdisimpulkan:

1. Dari hasil pengujian densitas diketahuibahwa penambahan serat ijuk akanmenurunkan densitas dari komposit.Semakin besar prosentase ijuk semakinrendah densitas komposit.

2. Dari pengujian impak diketahui bahwapenambahan serat ijuk akan menambahkekuatan komposit terhadap beban kejut.Semakin besar prosentase ijuk semakintinggi kekuatan impact komposit.

3. Dari pengujian bending diketahui bahwapenambahan komposit akan meningkatkankekuatan lentur dari komposit. Semakinbanyak serat ijuk dalam komposit,kelenturan komposit semakin tinggi.

4. Dari hasil pengujian tarik terhadap bahankomposit di atas diketahui bahwa semakinbesar prosentase serat ijuk dalam kompositsemakin tinggi kekuatan tarik komposit

Ucapan Terima KasihKami sampaikan ucapan terima kasihkepada DRPM Direktorat JenderalPendidikan Tinggi yang telah memberikandukungan dana melalui Skim PenelitianHibah Bersaing.

Daftar PustakaASM (2001) Composites, ASM Handbook,Volume 21Diharjo, K. (2006) Pengaruh Perlakuan Alkali

terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit SeratRami-Polyester, Jurnal Teknik Mesin, Vol.8, No. 1, April 2006: 8 – 13, FakultasTeknologi Industri, Universitas KristenPetra

Eriningsih, R., Mutia, T., Judawisastra, H.(2011) Komposit Sunvisor Tahan Api dariBahan Baku Serat Nenas, Jurnal RisetIndustri Vol. V No. 2, 2011, hal. 191 –203.

Maryanti, B, Sonief,A.A., dan Wahyudi, S.(2011) Pengaruh Alkalisasi KompositSerat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan

Tarik, Jurnal Rekayasa Mesin Vol.2, No. 2Tahun 2011 : 123-129

Porwanto, D.A., dan Johar, L. (2009)Karakterisasi Komposit Berpenguat SeratBambu Dan Serat Gelas Sebagai AlternatifBahan Baku Industri , Teknik Fisika FTIITS Surabaya

Rozman, H.D., Kon, B.K., Abusamah, A.,Kumar, R.N., Mohd. Ishak, Z.A. (1998)Rubberwood–High-Density PolyethyleneComposites: Effect of Filler Size andCoupling Agents on MechanicalProperties, Journal of Applied PolymerScience, Volume 69, Issue 10, halaman:1993–2004

Nurudin, A. (2011) Potensi PengembanganKomposit Berpenguat Serat Kulit Waru(Hibiscus Tiliaceus) Kontinyu LaminatSebagai Material Pengganti FiberglassPada Pembuatan Lambung Kapal, InfoTeknik, Volume 12 No. 2

Hyer, M.W. (1998) Stress Analysis of Fiber-reinforced Composite Materials, TheMcGraw-Hill Companies.

analisa sifat fisis dan mekanis komposit serat ijuk dengan

Documents