5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Komposit (Composite)

Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih

material pembentuknya melalui pencampuran yang tak homogen, dimana sifat

mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda [4]. Dikarenakan karakteristik

pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit

yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material-material

pembentuknya. Komposit dikembangkan karena tidak ditemukannya material

berstruktur homogen yang memiliki semua karakteristik yang diinginkan untuk

penerapan tertentu.

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda yaitu:

1. Penguat (reinforcement / filler), yang mempunyai sifat kurang ductile

tetapi lebih rigid serta lebih kuat.

2. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas

yang lebih rendah.

Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh:

1. Sifat-sifat filler

2. Rasio filler terhadap plastik dalam komposit.

3. Geometri dan orientasi filler pada komposit.

Jenis - Jenis Komposit Berdasarkan Penguat yang digunakan, yaitu :

1. Komposit serat (Fibrous Composites),

2. Komposit lapis (Laminates Composites), dan

3. Komposit partikel (Particulate Composites).

Fibrous composite, yaitu komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu

lapis dan berpenguat fiber. Kayu adalah komposit alam yang terdiri dari serat

hemiselulosa dalam matriks lignin. Fiber yang digunakan untuk menguatkan matriks

dapat pendek, panjang, atau kontinyu.

5

6

Laminated composite, yaitu komposit yang berlapis-lapis, paling sedikit terdiri

dari dua lapis yang digabung menjadi satu, dimana setiap lapisan pembentuk

memiliki karakteristik sifat tersendiri. Terdiri dari berbagai arah serat. Plywood, yang

terdiri dari layer alternatif berupa kayu mengandung lem dengan layer serat kayu

yang tegak lurus layer terdekat.

Particulate composite, yaitu komposit dengan penguat berupa partikel/serbuk

yang tersebar pada semua luasan dan segala arah dari komposit.

Gambar 2.1. Komposit (a). Serat, (b). Laminer, dan (c). Partikel

Sumber: [5]

2.2 Polymer

Polimer berasal dari kata poly yang berarti banyak dan mer (meros) yang

berarti bagian. Jadi polimer dapat didefinisikan sebagai suatu material yang

molekulnya dibentuk dari beberapa bagian (monomer). Umumnya polimer terbentuk

dari hidrokarbon dimana atom karbon (C) sebagai tulang punggung dalam rantai

ikatan kimianya. Berdasarkan sifatnya polimer dapat dibedakan menjadi tiga jenis

yaitu:

1. Polymer Thermoplastic, merupakan polimer yang dapat dibentuk

kembali (recycleable) melalui proses pemanasan, contoh: PVC

(Polyvinyl Chloride), PE (Polyethylene), PP (Polypropylene).

2. Polymer Thermosetting, merupakan polimer yang tidak dapat dibentuk

kembali dengan proses pemanasan seperti halnya polimer thermoplastik,

contoh: Polyester, PF (Phenolic).

3. Elastomer, merupakan polimer yang dapat kembali ke bentuk asal setelah

tegangan yang diberikan dihilangkan, contoh: karet.

(a). (b). (c).

7

2.2.1 Matrik

Matrik dalam teknologi komposit didefinsikan sebagai suatu material yang

berfungsi sebagai pengisi dan pengikat yang mendukung, melindungi dan dapat

mendistribusikan beban dengan baik ke material penguat komposit. Untuk itu matrik

haruslah memiliki sifat yang ideal yaitu tangguh, ulet dan cukup kuat.

Berdasarkan fasa pengisi (matrix), komposit dapat dibedakan menjadi tiga

jenis yaitu :

1. PMC (Polymers Matrix Composite)

Merupakan komposit yang menggunakan material polimer sebagai

matrik. Contohnya : polimer diperkuat serat gelas (GFRP) dan polimer

diperkuat serat karbon (CFRP)

2. CMC (Ceramic Matrix Composites)

CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai

reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari

keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah

oksida, carbide, dan nitrid. Salah satu proses pembuatan dari CMC yaitu

dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan

reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik

disekeliling daerah filler (penguat).

3. MMC (Metal Matrix Composites) Metal Matrix composites adalah salah

satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai

dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah

Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace.

2.2.2 Sifat Matrik

Sifat matrik yang ideal adalah tangguh, ulet dan cukup kuat. Matrik berfungsi

untuk mengikat serat, meneruskan beban dan mencegah propagasi perpadatan serat

ke seluruh komposit. Temperatur cair matrik yang rendah membatasi penggunaan

komposit pada temperatur tinggi.

8

2.2.3 Ikatan Antara Matrik Dan Serbuk

Koefisien ekspansi panas matrik dan serbuk harus sama agar ikatan keduanya

baik. Serbuk sebaiknya dilapisi agar ikatan kuat terutama matrik polimer dan

partikel. Ikatan antara lapisan juga harus bagus agar tidak terjadi delamination yaitu

robeknya lapisan pada saat dibebani.

2.3 Material Kayu

Kayu merupakan bagian keras dari jaringan struktur serat alam yang

membentuk batang pohon dalam tumbuh – tumbuhan yang digunakan sebagai

penguat polimer komposit. penguat serat alam dipandang sangat efisien untuk

menggantikan serat buatan atau serat sintetis karena serat alam mempunyai beberapa

kelebihan yaitu mudah di dapat, harganya lebih murah dan ramah lingkungan

dibandingkan serat sintetis [6]. “Serat alami memiliki beberapa keuntungan

dibandingkan dengan serat sintetis, seperti beratnya lebih ringan, dapat diolah secara

alami dan ramah lingkungan, dan serat alami juga merupakan bahan terbaharukan

dan mempunyai kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi dan tidak menyebabkan

iritasi kulit” [7]. Keuntungan-keuntungan lainnya adalah kualitas dapat divariasikan

dan stabilitas panas yang rendah.

Sifat – sifat kayu yang penting sehubungan dengan penggunaannya meliputi

sifat fisik, sifat mekanik dan sifat kimia. Sifat kayu yang erat kaitannya dengan

kekuatan kayu adalah sifat mekaniknya. Kekuatan dan ketahanan terhadap perubahan

bentuk suatu bahan disebut sebagai sifat – sifat mekaniknya [8]. Kekuatan kayu

sangat erat kaitannya dengan berat jenis, semakin besar berat jenis kayu maka

semakin kuat kayu tersebut. Secara umum, semakin besar rasio diameter partikel

maka semakin baik sifatnya [9]. Diameter kecil partikel mengurangi cacat

permukaan yang menyebabkan kerapuhan.

Serbuk kayu merupakan limbah produksi sawmill, dihasilkan dari kayu yang

telah melalui proses penggergajian, selama ini tidak dimanfaatkan dan terabaikan,

serta dianggap tidak memiliki nilai ekonomis.

9

2.3.1 Kayu Kelapa (Cocos nucifera)

Kelapa (Cocos nucifera) merupakan tanaman pinang (Arecacea) berbatang

tunggal yang hanya tumbuh subur di daerah tropis dan subtropis. Ada beberapa yang

harus diperhatikan dalam syarat pertumbuhan pada Kelapa antara lain :

Tanah yang ideal untuk penanaman kelapa adalah tanah berpasir, berabu

gunung, dan tanah berliat, dengan pH tanah 5,2 hingga 8, mempunyai struktur

remah sehingga perakaran dapat berkembang dengan baik.

Sinar matahari banyak minimal 120 jam/bulan, jika kurang dari itu produksi

buah akan rendah.

Suhu yang paling cocok adalah 27ºC dengan variasi rata-rata 5-7ºC, suhu

kurang dari 20º C tanaman kurang produktif.

Curah hujan yang baik 1300-2300 mm/thn. Kekeringan panjang

menyebabkan produksi berkurang 50%, sedangkan kelembapan tinggi

menyebabkan serangan penyakit jamur.

Angin yang terlalu kencang terkadang merugikan tanaman yang terlalu tinggi

terutama varietas dalam.

Tumbuhan ini dapat tumbuh hingga ketinggian 1000 m dari permukaan laut,

namun akan mengalami pelambatan pertumbuhan. Kelapa bertumbuh di tanah

berpasir, membutuhkan banyak cahaya matahari, dan curah hujan yang teratur.

Tanaman kelapa umumnya mempunyai akar serabut, buah menggerombol dan

daunnya bertulang sejajar, batang beruas-ruas namun bila sudah tua tidak terlalu

tampak, khas tipe monokotil dengan pembuluh menyebar (tidak konsentrik),

berkayu. Batang pohon kelapa banyak digunakan untuk bagian atap dari sebuah

bangunan rumah. Batang pohon kelapa tidak boleh terkena air atau lembab karena

akan menyebabkan kerusakan. Untuk mengatasi keterbatasan dari batang pohon

kelapa kebanyakan masyarakat memilih batang kelapa yang sudah tua, kering dan

sebagian masyarakat mengolesinya dengan oli (oli bekas kendaraan atau oli tab).

Daun tersusun secara majemuk, menyirip sejajar tunggal, pelepah pada ibu tangkai

daun pendek, duduk pada batang, warna daun hijau kekuningan. Pohon kelapa

terdapat di kurang lebih 150 spesies kelapa yang tersebar di 80 negara [10].

10

Kelapa adalah pohon serba guna bagi masyarakat tropika. Hampir semua

bagiannya dapat dimanfaatkan orang. Adapun kegunaan dari bagian-bagian pohon

kelapa yaitu :

Batang Pohon Kelapa

Batang pohon kelapa selain dimanfaatkan sebagai kayu ,bisa pula dijadikan

sebagai (Glugu) bahan bangunan dan beberapa perkakas rumah lainnya.

Batang Lidi kelapa

Lidi dan daun kelapa bisa dijadikan sapu, tempat tisu dan tas etnik dll.

Daun kelapa

Daun kelapa bisa digunakan untuk pembungkus ketupat dan bahan kerajinan,

serta untuk atap rumah.

Tempurung Kelapa

Tempurung kelapa bisa dijadikan berbagai produk ,seperti misalnya : arang

untuk membuat karbon aktif (berguna untuk mengoperasikan kipas), filter air,

briket, asap cair dan lainnya.

Sabut Kelapa

Produk berbahan sabut kelapa yang disebut coco peat bisa digunakan sebagai

media tanam dan media ternak cacing karena bisa menahan serapan air.

Limbah coco peat berupa serbuk kasar juga bisa digunakan sebagai bahan

bakar Industri pembuatan batu bata dan tahu. Selain untuk coco peat, serabut

kelapa juga bisa digunakan sebagai bahan baku coco fibre yang digunakan

untuk bahan pembuat matras, pengisi jok pesawat, jok mobil, kasur pegas,

sikat, tali , filter, sebagai penahan erosi pada lereng pegunungan ataupun

daerah pantai, untuk peredam suara.

Daging buah kelapa

Pada bagian daging buah kelapa bisa untuk minyak kelapa, nata de coco,

santan dan juga sebagai bahan minuman dan Iain-lainnya. Produk berupa

minyak kelapa, yang diisukan sebagai minyak jahat atau minyak kampung,

ternyata hanya propaganda pasar barat yang notabene mereka ingin

melindungi pasar minyak kedelainya. Banyak ilmuwan yang menyatakan

11

bahwa minyak kelapa jauh lebih sehat dari minyak manapun, baik untuk

kosmetik maupun konsumsi.

Air Kelapa

Air kelapa muda sering dimanfaatkan sebagai obat-obatan tradisional dan

kecantikan karena mengandung vitamin c, asam nikotinat, asam folat, dll.

air kelapa juga merupakan minuman sumber oksien karena dapat menambah

ion-ion yang hilang pada tubuh saat sedang berkeringat

2.3.2 Pengaruh Suhu Terhadap Kayu

Dalam banyak macam proses, kayu mengalami perlakuan pada suhu tinggi,

misal pengeringan, stabilisasi dimensi, pembuatan pulp, produksi papan partikel dan

papan serat. Proses-proses tersebut membutuhkan suhu yang biasanya tidak lebih

dari 200˚C karena degradasi termal tidak diharapkan. Penyusutan kayu selama

pengeringan berasal dari penyusutan dinding sel. Dimensi dinding sel berkurang

dalam skala yang cukup besar. Boutelje menentukan penyusutan volumetrik dinding

sel dalam kayu awal spruce sebesar 26,5% dan dalam kayu akhir sebesar 29,5% [11].

Penyusutan ini menghasilkan penurunan volume pori dalam kayu awal dan kenaikan

dalam kayu akhir. Dari kenaikan suhu terjadi gaya penyusutan tambahan karena

penyusutan volume naik oleh kehilangan zat akibat peruraian termal.

Gambar 2.2. Pengaruh Suhu Terhadap Kayu

Sumber: [11]

2.3.3 Perhitungan Massa Jenis Serbuk

Metode pengukuran ini menggunakan metode gravitasi komparasi massa

jenis dengan menggunakan neraca pegas sebagai alat ukur. Pengukuran dilakukan

dengan tiga kali pengulangan dengan menggunakan rumus :

12

휌f = 휌푚 ....................................................................................(2.1)

휌푓 = ∑ ................................................................................................(2.2)

Dimana:

ρf : Massa jenis serbuk (gram/cm3)

mu : Massa benda di udara (gram)

mm :Massa benda dalam minyak tanah (gram)

ρm : Massa jenis minyak tanah (0,83 gram/cm3)

2.3.4 Fraksi Berat Sebuk

Fraksi berat serbuk adalah perbandingan antara berat serbuk dengan berat

komposit.

Volume Cetakan (Vc)

Vc = p x l x t ............................................................................. ..(2.3)

Dimana :

Vc : Volume Cetakan (cm3)

p : Panjang Cetakan (cm)

l : Lebar Cetakan (cm)

t : Tinggi Cetakan (cm)

Fraksi Berat Serbuk ( FW )

FW =

x 100% ................................................................. ..(2.4)

Dimana :

FW : Fraksi Berat Serbuk (%)

Wf : Berat Serbuk (gram)

Wp : Berat Plastik (gram)

13

2.4 Perlakuan Borax Boric Acid (BBA) pada Serbuk

Borax atau Sodium Tetraborate Decahydrate (Na2B4O7·10H2O), dan Boric

Acid (H3BO3) terdaftar di Environmental Protection Agency (EPA) sebagai pengawet

kayu dikarenakan sifat-sifat yang dimiliki zat kimia tersebut, boraks borik sangat

beracun bagi rayap, dan jamur pembusuk kayu, namun tidak terlalu beracun bagi

mamalia, dan ikan, sifatnya yang larut dalam air, membantu penyerapan asam boraks

borik ke permukaan kayu, senyawa kimia inorganik boraks borik merupakan fire

retardant yang baik, terutama dikarenakan keefektifannya dalam mengurangi

flammability pada bahan selulosa, perlakuan boraks borik yang relatif murah dan

lebih aman dari pengawet kayu lain pada umumnya, menjadikan boraks borik

sebagai pengawet kayu yang populer dalam industri perkayuan. American Wood

Protection Association Standard P5 membahas mengenai standar aman untuk kadar

Borax Boric Acid yaitu diantara pH 7.9-9.0 [3]. Sesuai rujukan dari “The Chemistry

Of Wood Preservation” dengan mencampurkan per berat dari 65% air, 20% boraks,

dan 15% asam borat akan mendapatkan larutan Borates dengan kadar 15,8% [12].

Dengan mencampurkan Borax dengan Boric Acid akan didapat senyawa

kimia Disodium Octaborate Tetrahydrate (Na2B8O13.4H2O) [13]. Borax, dan Boric

Acid dicampur dengan perbandingan 1,5:1 untuk mendapatkan kelarutan maksimum

borat dalam air [14]. Pembuatan larutan Borates dapat dilakukan menggunakan berat

sebagai perbandingan dengan cara mencampurkan hasil campuran senyawa kimia

Borax Boric Acid dengan air [14]. persentase kadar larutan menggunakan rumus :

퐶표푛푐푒푛푡푟푎푡푖표푛 푠표푙푢푡푒(푤/푣 %) = ( ) ( )

x 100 ......(2.5)

(a) (b)

Gambar 2.3. (a). Boric Acid, (b). Borax

14

2.5 Uji Ketahanan Api

Dipilihnya uji ketahanan api dalam penelitian ini adalah untuk menguji

perubahan karakteristik ketahanan api dari serbuk kayu kelapa dikarenakan

mudahnya kayu terbakar. Pengujian ketahanan api yang digunakan dalam penelitian

ini didasarkan pada ASTM D 635-03 [15] dari America Society for Testing and

Materials (ASTM).

Gambar 2.4. Alat Uji Ketahanan Api Sesuai ASTM D 635-03

perhitungan laju pembakaran linear (V), dari tanda 25 mm untuk setiap spesimen

dimana bagian depan api mencapai 100 mm tanda dengan menggunakan persamaan:

Laju Pembakaran Linier (V)

= L / t ............................................................................................(2.6)

Dimana:

: Laju Pembakaran Linear (mm/detik)

L : Panjang Terbakar (mm)

t : Waktu Terbakar (detik)

Kehilangan Berat (w)

w = w0 – w1 .............................................................................................. ..(2.7)

Dimana :

w : Kehilangan Berat (gram)

w0 : Berat Awal (gram)

w1 : Berat Akhir (gram

15

Laju Kehilangan Berat

푊̇ = w / t............................................................................................ (2.8)

Dimana :

푊̇ : Laju Kehilangan Berat (gram/detik)

w : Kehilangan Berat (gram)

t : Waktu Terbakar (detik)

Presentase Kehilangan Berat

w = 푥 100% ………….………………………………………............(2.9)

Dimana :

w : Kehilangan Berat (gram)

w0 : Berat Awal (gram)

w1 : Berat Akhir (gram )

2.6 Uji Bio-Degradasi

Dipilihnya uji bio-degradasi dalam penelitian ini adalah untuk menguji

perubahan karakteristik bio-degradasi dari serbuk kayu kelapa dikarenakan

mudahnya kayu terurai di alam bebas. Uji bio-degradasi dilakukan dengan mengubur

spesimen uji di dalam medium kompos yang terbuat dari tanah incepticol, dan serbuk

kayu dengan waktu yang telah ditentukan, kemudian timbang berat spesimen uji

dengan menggunakan timbangan digital [16][17][18]. Bio-degradasi ditentukan

dengan mengukur berat yang hilang dari komposit setelah penanaman dalam kompos

dengan rumus :

푊 (%) = × 100 ....................................................................(2.10)

Keterangan :

푊 : Presentase berat yang ter-degradasi dalam pengujian.

푊 : Berat spesimen sebelum pengujian.

푊 : Berat spesimen sesudah pengujian.

16

2.6.1 Tanah Incepticol

Tanah incepticol adalah tanah yang belum matang dengan perkembangan

profil yang lebih lemah dibanding tanah matang dan masih menyerupai sifat bahan

induknya. Tanah incepticol di indonesia banyak digunakan untuk budidaya tanaman

karena sifatnya yang memiliki kandungan unsur hara yang tidak. Sifat fisik tanah

incepticol, dan morfologinya sebagai berikut :

Memilii solum tanah agak tebal, yaitu 1-2 meter

Warna tanahnya hitam atau kelabu sampai dengan coklat tua

Teksturnya debu, lempung berdebu, bahkan lempung

Struktur tanahnya remah, konsistensinya gembur memiliki pH 5.0 – 7.0

Memiliki kandungan organik yang cukup tinggi, yaitu antara 10% - 30%

Memiliki kandungan unsur hara yang sedang sampai tinggi

Produktivitas tanahnya dari sedang sampai tinggi

2.7 Scanning Electron Microscope (SEM)

Alat yang digunakan untuk menganalisa topografi, morfologi, dan komposisi dari

komposit adalah SEM, alat ini bekerja dengan cara menembakkan electron ke

permukaan sampel yang bereaksi dengan atom pada sampel yang kemudian

membentuk sinyal-sinyal yang memiliki informasi tentang sampel tersebut.