4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1.1 Sekam Padi

Sekam padi merupakan bagian luar kulit dari beras yang sudah digiling.

Karakternya yang keras dan kuat yang meliputi kariopsi yang terdiri dari dua

belahan yanbg disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Karena kurangnya

pemanfaatan sekam padi biasanya disebut juga dengan limbah pertanian. Sekam

padi memiliki komponen utama seperti selulosa (31,4% – 36,3%), hemiselulosa

(2,9% - 11,8%), dan lignin (9,5% - 18,4%) (Champagne, 2004). Sekam padi

dikategorikan sebagai biomassa yang biasanya digunakkan dalam bahan baku

perindustrian, pakan ternak dan lain-lain. Berdasarkan riset dari suharno (1979)

sekam padi mempunyai komposisi kimia sebagai berikut :

Kadar air : 9,02%

Protein kasar : 3,03%

Lemak : 1,18%

Serat kasar : 35,68%

Abu : 17,17%

Karbohidrat dasar : 33,71%

5

Berdasarkan riset DTC – IPB

Karbon (zat arang) : 1,33%

Hidrogen : 1,54%

Oksigen : 33,64%

Silika : 16,98%

Padi yang digiling ada sekitar 20% menghasilkan sekam padi. Berdasarkan

komposisi kandungan kimia seperti tersebut, sekam dapat dimanfaatkan untuk

berbagai keperluan diantaranya: (a) sebagai bahan baku pada industri kimia,

terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan sebagai bahan baku

dalam berbagai industri kimia, (b) sebagai bahan baku pada industry bahan

bangunan, terutama kandungan silica (SiO2) yang dapat digunakan untuk campuran

pada industry bata merah, (c) sebagai sumber energi panas pada berbagai keperluan

manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang

merata dan stabil. Sekam memiliki kerapatan jenis (bulk density) 125 kg/m3,

dengan nilai kalori 1 kg sekam sebesar 3300 kalori. Berdasarkan penelitian Houston

(1972) sekam memiliki Bulk Density 0,100 g/ml, nilai kalori antara 3300 – 3600

kalori/kg sekam dengan konduktivitas panas 0,271 BTU. Sekam padi mempunyai

beberapa karakter diantaranya seperti tidak mudah terbakar, tahan akan

kelembaban, tidak mudah berjamur, tidak berbau dan lain-lain. Pemanfaatan sekam

padi yang awalnya dari limbah menjadi bahan penguat komposit adalah salah satu

upaya peningkatan mutu dan kualitas ekonomi untuk masyarakat sekitar yang

6

sebagian besar berprosesi sebagai petani padi dan sebagai bahan alternatif

pengganti logam.

2.2 Komposit

Komposit merupakan suatu susunan yang terdiri dari dua atau lebih material

sifat kimia dan fisika yang menghasilkan material baru dan memiliki sifat-sifat

berbeda dari material penyusunya. Material komposit ini memiliki susunan

material, yang dimana susunan tersebut adalah matrix dan fiber. Matrix dan Fiber

ini pun memiliki fungsi yang berbeda dimana fiber berfungsi sebaagai material

rangka yang menyusun komposit, sendangkan matrix berfungsi sebagai perekat

material fiber dan menjaganya agar tidak berpindah posisi.

Fiber memiliki sifat yang mudah dibentuk, dicetak ataupun dipotong sesuai

dengan kebutuhan desain yang akan dibuat. Hal ini sangat berguna untuk

dimanfaatkan agar mendapatkan sifat komposit yang sesuai dengan parameter yang

dibutuhkan. Matrix yang pada dasarnya adalah sebagai bahan perekat material yang

umumnya terbuat dari resin, sehingga fiber dapat merekat dengan kuat. Resin juga

memiliki fungsi lain yaitu untuk melindungi fiber dari serangan bahan kimia yang

diterima dan melindungi dari cuaca ekstream yang dapat merusak material. Gambar

2.1 dapat kita lihat pencampuran antara matrix dan fiber membentuk composite.

7

Gambar 2.1. Proses alur pembuatan komposit

2.3 Mikrokomposit

Pengertian nanoteknologi sendiri berasal dari pendeskripsian dari kreasi dan

eksploitasi material yang memiliki ukuran struktur atom dan material besar yang

didimensikan kedalam ukuran mikrometer (1 µm = 10⁻⁶ m). Feyman (1959),

merupakan orang yang pertamakali mengemukakan akan pentingnya

mikroteknologi bagi perkembangan teknologi.

Mikrokomposit merupakan gabungan antara dua susunan material komposit

(matrix dan fiber) untuk menghasilkan material yang baru dalam skala mikrometer.

mikrometer sendiri memiliki sifat mekanik yang lebih baik jika dibandingkan

dengan milimeter partikelnya, hal ini sangat menarik perhatian para peneliti

mengembangan mikrokomposit untuk perkembangan teknologi dimasa mendatang.

Pembuatan mikrokomposit sendiri dapat dilakukan dengan sangat mudah dan

kompleks, salah satunya dengan menggunakan pendekatan simple mixing.

Penelitan yang dilakukan oleh Hadiyawarman (2008), menyatakan bahwa

mikrokomposit memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability), tahan lelah

(fatigue resistance), tahan korosi dan memiliki rasio kekuatan terhadap berat jenis

yang tinggi.

2.4 Uji Tarik

Uji Tarik adalah salah satu alat uji untuk mengetahui sifat-sifat kekuatan

tarik dari suatu bahan atau material. Cara mengujinya yaitu dengan menarik suatu

bahan atau material untuk mengetahui sejauh mana bahan spesimen uji atau

8

material tersebut terhadap tarikan dan untuk mengetahui sejauh mana panjang

material itu bertambah panjang. Dari metode pengujian, bentuk spesimen dan

perhitungan pengujian, uji tarik adalah pengujian yang paling sederhana, tidak

mahal dan telah mengalami standarisasi di seluruh dunia. Gambar 2.2 dapat kita

lihat skema pengujian Tarik dari awal pembebanan.

Gambar 2.2. Skema pengujian Tarik dari awal pembebanan

Hasil dari penarikan bahan material spesimen hingga material tersebut

putus, kita dapat mengetahui data yaitu berupa tegangan Tarik versus pertambahan

panjang dari material yang kita uji. Gambar 2.3 menjelaskan tentang tegangan stress

dan tegangan strain yang terjadi pada material besi baja dimana diawali dengan

daerah elastis masuk ke daerah plastis dan hingga terjadi tegangan maksimum yang

terjadinya necking lalu patah.

9

Gambar 2.3. Gambar uji Tarik dan tegangan yang terjadi

Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan

berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada gambar 2.3. Asumsikan bahwa kita

melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam

gambar.

Batas elastis σE (elastic limit)

Gambar.2.3 diatas dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi

beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut

akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu

regangan “nol” pada titik O (lihat inset dalam Gbr.5). Tetapi bila beban ditarik

sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan

permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent

10

strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi

sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal

mengenai nilai ini.

Batas proporsional σp (proportional limit)

Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak

ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama

dengan batas elastis.

Deformasi plastis (plastic deformation)

Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada

Gambar.2.3 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan

mencapai daerah landing.

Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress)

Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing

peralihan deformasi elastis ke plastis.

Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress)

Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase

deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang

dimaksud adalah tegangan ini.

Regangan luluh εy (yield strain)

Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

Regangan elastis εe (elastic strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban

dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

11

Regangan plastis εp (plastic strain)

Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan

regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

Regangan total (total strain)

Reagangan total merupakan gabungan regangan plastis dan regangan

elastis, εT = εe+εp. Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang

ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik

E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.

Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)

Tegangan Tarik maksimum pada gambar 2.3 ditunjukkan dengan titik C

(σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

Kekuatan patah (breaking strength)

Kekuatan patah pada gambar 2.3 ditunjukkan dengan titik D, merupakan

besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan

plastis

Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang

jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan

regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain yang bisa

dilihat pada gambar 2.4

12

Gambar 2.4. Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah

linier

Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal,

N/m2) dan strain adalah besaran tanpa satuan.

2.4.1 Hukum Hooke

Hukum hooke dan elastisitas itu adalah dua hal yang saling berkaitan,

dimana elastis itu dijelaskan bahwa jika suatu benda ditarik dengan panjang batas

tertentu, maka benda tersebut akan kembali ke bentuk semulanya. Apabila benda

tersebut ditarik terus menerus dan tidak kembali seperti semula maka elastis benda

tersebut telah hilang. Dapat disimpulkan bahwa elastisitas adalah kemampuan

suatu benda untuk kembali kebentuk semula setelah benda tersebut mengalami

penarikan. Sedangkan hukum Hooke adalah meneliti hubungan antara beban atau

gaya yang diberikan pada benda elastis. Gagasan ini diperkenalkan oleh Robert

Hooke yang dimana aturan hooke dapat dilihat pada persamaan 2.1 sampai 2.3

13

Persamaan 2.1

Tegangan

σ = F/A

Keterangan :

F = Gaya (N)

A = Luas penampang (m²)

σ = Tegangan (N/m²)

Persamaan 2.2

Regangan

ε = ∆L/L

Keterangan :

ε = Regangan

L = panjang mula-mula (m)

∆L = pertambahan panjang (m)

Persamaan 2.3

Hubungan antara stress dan strain

E = σ / ε

Dimana :

E = gradien kurva pada daerah linier (N/m)

σ = tegangan (N/m²)

ε = regangan

E disebut juga dengan “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Berikut

adalah kurva hubungan antara strain dan stress atau sering juga disingkat SS (SS

14

curve). Gambar 2.5 menjelaskan tentang kurva tegangan dan regangan yang terjadi

pada besi baja

Gambar 2.5. Kurva tegangan dan regangan

2.4.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan Tarik.

Kadar karbon

Dengan meningkatnya kadar karbon dalam baja, maka akan didapat

kekerasan dan kekuatan Tarik yang meningkat. Baja dengan kandungan

karbon 1% akan memiliki sifat rapuh/getas

Homogenitas

Homogenitas dari suatu material akan berpengaruh terhadap gaya

ikat antar atom. Untuk material dengan tingkat homogenitas tinggi maka

15

gaya ikat antar atomnya juga tinggi dan luas butirnya lebih besar sehingga

kekuatan tariknya juga tinggi.

Bidang Slip

Logam dan paduanya berdemofrasi dengan pergeseran plastis, dimana atom

didekatnya terjadi juga penguraian tegangan atau gaya tekan menjadi

tegangan geser. Gerakan kepala silang mesin penguji memaksa benda uji

berada dipenjepit karena penjepit harus tetap sebaris, sebab benda uji tidak

dapat berubah bentuk secara bebas. Semakin banyak bidang slip yang terjadi

maka material akan semakin mudah terdeformasi sehingga kekuatan

tariknya menurun.

Unsur paduan

Penambahan unsur paduan pada baja akan mempengaruhi sifat pada baja

tergantung sifat unsur paduan itu. Contohnya seperti nikel dan chromium

yang dapat meningkatkan kekuatan Tarik baja karena sifat mengeraskan

baja.

Ukuran butir

Butiran yang berukuran kecil memiliki ikatan antar logam yang besar

sehingga partikel ukuran butir logam semakin kecil maka kekerasan logam

tersebut akan semakin tinggi, begitupun juga dengan kekuatan tariknya akan

meningkat.

16

Perlakuan panas (Heattreatment)

Proses ini akan mempengaruhi sifat mekanik logam, struktur mikro

spesimen dan juga bentuk butiran yang mempengaruhi gaya Tarik antar

atom.

2.5 Penelitian Terdahulu

Hasil penelitian yang dilakukan oleh Gintinng dkk (2017) yang berjudul

Struktur dan Morfologi nanokomposit campuran zeolite abu sekam padi,

menyimpulkan bahwa sifat suatu bahan pengisi akan kompatibel dengan matriks

polimer, yang dipengaruhi oleh faktor ukuran partikel suatu bahan pengisi, dimana

ukuran partikel suatu bahan pengisi yang kecil dapat meningkatkan derajat

penguatan polimer dibandingkan dengan ukuran yang lebih besar, demikian juga

semakin kecil ukuran partikel semakin tinggi ikatan antara bahan pengisi dengan

matriks polimer. Ada berbagai contoh bahan pengisi yang sudah digunakan dalam

pembuatan termoplastik khususnya dengan HDPE antara lain CaCO3/HDPE

grafit/HDPE, Clay/HDPE, bentonite alam/HDPE, zeolite /HDPE.

Hasil penelitian yang dilakukan oleh Susilowati (2017) yang judulnya

tentang studi perlakuan alkali terhadap sifat mekanik bahan komposit berpenguat

sekam padi. Metode penelitian ini dilakukan dengan pengujian sifat mekanik

(kekuatan bending, kekuatan tarik, SEM) pada komposit sekam padi dan matrik

urea formaldehide dengan variasi perlakuan perbandingan sekam padi Vf = 30%

,40%, 50% dan 60% sedang urea formaldehide Vm = 70%, 60%, 50%, 40% dan

perlakuan alkalisasi pada sekam padi masing-masing direndam dalam larutan alkali

selama 4 jam. Komposit yang akan digunakan dibuat dengan metoda cetak tekan

17

dan dilakukan pengujian sifat mekanik. Sebagai parameter pengujian peralatan uji

yang digunakan adalah uji bending dengan ASTM D790 – 02 dan uji tarik dengan

ASTM D 638-02. Berdasarkan data penelitian tersebut diperoleh kesimpulan bahwa

kekuatan bending rata-rata tertinggi diperoleh pada komposit dengan fraksi volume

sekam padi 40% dengan tebal spesimen 5 mm sebesar sebesar 3,1123 MPa dan nilai

terendah adalah sampel dengan fraksi volume 60% dan ketebalan 15mm sebesar

1,3750 MPa dan untuk pengujian kuat tarik diperoleh nilai optimal pada sampel

dengan fraksi volume 40% dan ketebalan 5mm sebesar 0,4220 MPa sedang nilai

terendah adalah sampel dengan fraksi volume 70% dan ketebalan 15mm yaitu

sebesar 0,1452 MPa.

Hasil penelitian yang dilakukan oleh Rotua Adryani dan Maulida (2014),

yang berjudul Pengaruh ukuran partikel dan komposisi abu sekam padi hitam

terhadap sifat kekuatan Tarik komposit polyester tidak jenuh. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel dan komposisi abu sekam

padi hitam sebagai pengisi terhadap sifat kekuatan tarik komposit poliester tidak

jenuh. Komposit dibuat dengan metode pencampuran terbuka dengan

mencampurkan poliester tidak jenuh dan pengisi abu sekam padi hitam dengan

variasi ukuran partikel 100 mesh dan 250 mesh, dan rasio fraksi volum antara

pengisi dan matriks 95/5 : 90/10 : 85/15 : 80/20 lalu ditambahkan 1% katalis metil

etil keton peroksida kedalam campuran poliester tidak jenuh dan abu sekam padi

hitam. Uji yang dilakukan ialah uji tarik, pemanjangan pada saat putus dan Modulus

Young. Hasil yang diperoleh pada rasio 95/5 dengan ukuran partikel 100 dan 250

mesh ialah 24,413 MPa dan 24,689 MPa.