jurnal politeknik negeri lhokseumawe

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X

20

PENGARUH ORIENTASI SUDUT SERAT SABUT KELAPA TERHADAP

KEKUATAN MEKANIK BAHAN GENTENG KOMPOSIT POLIMER

Milawarni 1

1Jurusan Teknik Elektro (fisika material) Politeknik Negeri Lhokseumawe

Email: [email protected]

ABSTRAK

Penelitian tentang pengaruh orientasi sudut serat sabut kelapa terhadap kekuatan

mekanik bahan genteng komposit polimer telah dilakukan. Bahan yang digunakan

adalah aspal 10%, Polipropilen (PP) bekas 10%. Variasi komposisi pasir dan serat

sabut kelapa (SSK) yang dibuat adalah 80:0, 79:1, 78:2, 77:3 , 76:4 dan 75:5.

Untuk mengetahui karakterisasi genteng komposit polimer ini dilakukan pengujian

terhadap sifat mekanik. Hasil pengujian sifat mekanik meliputi uji tarik dan impak

maksimum pada komposisi 77:3 sebesar 53, 26 kgf/cm2 dan 2, 00 J/cm

2. Hasil

pengujian kuat lentur maksimum pada komposisi 76:4 yaitu 133,39 kgf/cm2 atau

13,08 MPa. Dari hasil pengujian menunjukkan komposisi 77:3 merupakan hasil

maksimum sehingga komposisi ini dianggap yang terbaik, oleh karena itu sampel

ini digunakan untuk mengorientasi sudut SSK. Orientasi sudut penempatan serat

dapat menyebabkan penurunan kekuatan mekanik, dimana besarnya penurunan

tersebut berbeda-beda berdasarkan proporsi sudut yang terjadi. Orientasi sudut

yang paling optimum ada pada sudut 00 searah dengan arah pembebanan.

Kata kunci: genteng, komposit, polimer, serat sabut kelapa, Polipropilen,

ABSTRACT

Research has been done on the effect of coco fiber orientation angle on the

mechanical strength of polymer composite tile materials. Asphalt material used is

10%, polypropylene (PP) 10%. The composition variation with coco fiber (SSC)

are made from 80:0, 79:1, 78:2, 77: 3, 76:4 and 75:5. To determine the

characterization of polymer composite tile is done testing of mechanical properties.

Results of testing the mechanical properties include tensile strength and maximum

impact on the composition 77:3 is 53.26 kgf/cm2 and 2.00 J/cm2, the maximum

flexural strength test results on 76:4 is 133, 39 kgf/cm2 or 13.08 MPa. From the

test results show the composition 77:3 is the maximum yield that is considered to

be the best composition, therefore the sample is used to orient the corner of SSCs.

Placement of the fiber orientation angle can cause a decrease in the mechanical

strength, where the magnitude of the reduction varies according to the proportion

angle occurs. The most optimum angle orientation exist in 0o corners in the

direction of loading.

Keyword: composite, polimer, tile, coco fiber, polipropilen.




21

PENDAHULUAN

Pembangunan di Indonesia setiap

tahun meningkat dengan pesat, hal ini

memerlukan bahan bangunan dalam

jumlah yang sangat besar. Khusus

penggunaan genteng komposit polimer

sebagai salah satu bahan dalam

pembuatan perumahan semakin banyak

digunakan. Sebagai negara kepulauan

yang berada didaerah tropis dan kondisi

agroklimat yang mendukung, Indonesia

merupakan negara penghasil kelapa

yang utama di dunia. Potensi produksi

serat sabut kelapa (Coco Fiber) yang

sedemikian besar belum dimanfaatkan

sepenuhnya untuk kegiatan produktif

yang dapat meningkatkan nilai

tambahnya (Ditjenbun, 2010).

Seiring dengan perkembangan

teknologi, kebutuhan akan plastik terus

meningkat. Pemanfaatan sampah

plastik khususnya polipropilena (PP)

bekas merupakan upaya menekan

pembuangan plastic seminimal

mungkin dan dalam batas tertentu dapat

menghemat sumber daya dan

mengurangi ketergantungan bahan baku

impor.

Dari kebutuhan akan bahan

bangunan khususnya genteng dan

pemanfaatan serat sabut kelapa (SSK)

sebagai hasil samping potensi kelapa

dan pemanfaatan limbah plastik

(Polipropilen bekas) serta hasil

penelitian sebelumnya maka pembuatan

genteng komposit polimer berpotensi

untuk dikembangkan. Keunggulan

genteng jenis ini yaitu ramah

lingkungan, tahan lama,

pemeliharaanya mudah, anti bocor

(waterproofing), fleksibel dan mudah

dipasang serta sangat ringan.

Bahan komposit adalah suatu jenis

bahan baru hasil rekayasa yang terdiri

dari dua atau lebih bahan dimana sifat

masing-masing bahan berbeda satu

sama lainnya baik itu sifat kimia

maupun fisika dan tetap terpisah dalam

hasil akhir bahan tersebut (bahan

komposit).

Berdasarkan bentuk dari

reinforcement-nya, komposit dapat

dibedakan menjadi: partikel sebagai

penguat, fiber sebagai penguat dan fiber

sebagai struktur (Ramatawa, 2008).

METODE PENELITIAN

Tabel 1. Komposisi bahan

No

Sampel

Komposisi (% berat)

dari berat total 360

gram

Aspal PP Pasir SSK

Sampel

1 10 %

10

% 80 % 0 %

Sampel

2 10 %

10

% 79 % 1 %

Sampel

3 10 %

10

% 78 % 2 %

Sampel

4 10 %

10

% 77 % 3 %

Sampel

5 10 %

10

% 76 % 4 %

Sampel

6 10 %

10

% 75 % 5 %

Penelitian ini dilakukan melalui

tahap yaitu persiapan bahan, proses

pencampuran, pencetakan sampel dan

pengujian dan orientasi sudut serat,

seperti Gambar 5 berikut ini:




22

Gambar 1. Diagram alir penelitian

diaduk sampai rata

dituang kedalam cetakan

SSK disusun ditengah (lurus dan satu arah)

dipres menggunakan Hot Pres selama 30 menit

didinginkan pada suhu ruang selama 24 jam

dilepas dari cetakan

Pasir Aspal

dicuci

dikeringkan dibawah sinar matarari

disaring(no.8)

Pasir Halus Aspal Cair

aduk sampai rata

didinginkan hingga mencapai suhu ruang

Campuran Komposit (metode pencampuran leleh-melt

mixing)

Polipropilen (PP)

Genteng Komposit Polimer

dipotong sesuai ukuran spesimen

Uji Tarik Uji Lentur Uji Impak

Orientasi sudut serat (00,450,900)

Selesai

didapat komposisi terbaik

diulangi perlakuan sampai menjadi genteng

dipotong sesuai ukuran specimen

di uji mekanik

Hasil

dibersihakan

dipotong 0.5x0,5cm

ditambah xylene

direflux (PP cair)

dikeringkan(PPkering)

digiling (PP serbuk)




23

Pengujian sifat mekanik

Kekuatan Lentur

Uji Lentur ini menggunakan

ASTM D790. Persamaan berikut

diberikan untuk memperoleh kekuatan

lentur yaitu:

…………………….. 1

UFS = Kekuatan lentur (Nm-2

)

P = Gaya penekanan (N)

L = Jarak dua penumpu (m)

b = Lebar sampel (m)

h = tebal sampel (m)

Kekuatan Impak

Harga impak yang dihasilkan (HI)

merupakan perbandingan antara energi

yang diserap (E) dengan luas

penampang (A). Kekuatan impak dapat

dihitung dengan persamaan:

………………………...2

Dimana:

HI = Kekuatan Impak (J/m2)

E = Energi serap (J)

A = Luas permukaan (m2)

Kekuatan Tarik

Tegangan tarik maksimum suatu

kekuatan tarik (tensile strenght) suatu

bahan ditetapkan dengan membagi gaya

tarik maksimum dengan luas

penampang mula-mula. Adapun

persamaannya adalah:

………………………… 3

Dimana:

= Tegangan perpatahan (Nm-2

)

= Gaya perpatahan (N)

= Luas penampang awal (m2)

Efek orientasi serat terhadap

kekuatan

Faktor orientasi serat akan

menentukan kekuatan mekanis dari

suatu bahan komposit dan arah dimana

terdapat kekuatan tersebut yang

terbesar. Ada tiga jenis orientasi serat

yaitu penguatan satu dimensi, dua

dimensi dan tiga dimensi. Jenis

penguat serat satu dimensi memiliki

kekuatan dan modulus komposit yang

maksimum dalam arah orientasi sumbu

serat. Jenis penguatan dua dimensi

menunjukkan kekuatan yang berbeda

pada setiap arah orientasi serat.

Sedangkan jenis penguatan tiga dimensi

adalah isotropic, artinya komposit akan

memiliki kekuatan yang sama pada satu

titik. Sebagai contoh CSM (Random

Chopped Stand Mat) pada komposit

dianggap isotropic, sedangkan pada

bentuk anyaman (woven roving)

menunjukkan sifat yang berbeda pada

setiap titik, maka material ini disebut

anisotropic (Chung D, 2003).

Komposit diperkuat serat kontinu

pada arah yang sama dengan arah

tegangan kerja. Kekuatan komposit tipe

anisotropic ini bervariasi secara linier

dengan fraksi volume serat. Apabila

orientasi serat membuat sudut dengan

arah tegangan tarik yang diterapkan,

maka terjadi penurunan gradient kurva

kekuatan untuk nilai Vf (fraksi volume

serat) yang lebih besar dari Vmin. Efek

pengurangan ini diperoleh dengan

memasukkan faktor orientasi ή dalam

persamaan kekuatan dasar yang

menghasilkan:

………… 4

Dimana:

= Tegangan (kekuatan) komposit

= Faktor orientasi

= Tegangan (kekuatan) serat




24

= Fraksi volume serat

= Tegangan dimana matrik mulai

mengalami deformasi plastis dan

pengerasan – regangan.

Vm = Fraksi volum matrik

Gambar 2. Hubungan antara mode

kegagalan, kekuatan, dan

orientasi serat

Gambar 2 menunjukkan

diagram skematik untuk komposit serat

kontinu satu arah dimana terdapat

hubungan antara mode kegagalan,

kekuatan, dan orientasi serat (Chung D,

2003).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengujian Kekuatan Tarik

Hasil perhitungan diperoleh kuat

tarik terendah pada sampel 1 tanpa serat

dengan komposisi 80 : 0 sebesar 19,10

kgf/cm2 dan kekuatan tarik tertinggi

terdapat pada sampel 5 dengan

komposisi 77 : 3 yaitu 53,26 kgf/cm2.

Kekuatan mekanik untuk uji tarik

meningkat karena pengaruh keberadaan

komposisi serat. Semakin besar

komposisi serat kekuatan tarik

cenderung meningkat pada komposisi

tertentu. Kenaikan nilai kekuatan tarik

berbanding lurus dengan jumlah serat

yang digunakan, semakin besar fraksi

volume serat, maka kekuatan tarik

semakin tinggi, karena semakin banyak

serat yang digunakan maka semakin

banyak komponen penanggung

bebannya, tetapi peningkatan fraksi

volume serat mempunyai batas tertentu,

apabila serat yang digunakan melebihi

batas kemampuan matrik untuk saling

mengikat maka kekuatan tarik akan

menurun.

Pada sampel 4 dengan komposisi

77:3 merupakan batas maksimum uji

tarik yang dihasilkan pada penelitian ini

dan adanya homogenisasi pada

komposisi ini sehingga memiliki nilai

uji tarik yang paling baik. Sampel 5

dan 6 dengan komposisi 76:4 dan 75:5

mulai mengalami penurunan, dimana

serat mulai mendominasi sampel

sementara komposisi matrik tetap dan

kemampuan matrik tidak berperan

secara optimal. Kemampuan daya serap

air pada komposisi 75:5 nilai serapan

airnya maksimum dan sifat densitasnya

minimum.

Hasil Pengujian Kuat Impak

Hasil pengujian kuat impak pada

sampel 1 dengan komposisi 80: 0

merupakan nilai kegetasan yang paling

kecil yaitu 0,22 J/cm2. Pada komposisi

ini hanya ada matrik sebagai pengikat

agregat pasir tetapi tanpa serat yang

berfungsi sebagai penahan gaya yang

efektif. Kuat impak terbesar ada pada

sampel 4 dengan komposisi 77: 3 yaitu

2 J/cm2.

Berdasarkan Gambar 4

penambahan komposisi serat dapat

memperbesar kekuatan impak, hal ini

sesuai dengan fungsi keberadaan serat

sebagai penguat atau penahan beban dan pasir sebagai agregat sebagai

Kegagalan dalam

arah longitudinal

Kegagalan geser

Kekuatan

komposit

Kegagalan dalam arah

transvers

Sudut Orientasi

or((orientasi

serat

0o 450 900




25

material perkerasan yang memikul

beban dan daya tahan terhadap cuaca.

Pada sampel 4 komposisi 77:3,

didapat nilai impak tertinggi sebesar 2

J/cm2. Ini terjadi pada saat penambahan

serat 3% dan pengurangan pasir 1 gram

menjadi 77 % dengan nilai komposisi

matrik tetap maka partikel-partikel

antar agregat akan terikat satu sama lain

oleh aspal dengan baik sesuai dengan

fungsi aspal yang memberikan ikatan

yang kuat antara aspal dan agregat pasir

serta sebagai bahan pengisi rongga

antara butir-butir agregat dan pori yang

ada antara agregat itu sendiri, sehingga

terjadi penguatan ikatan antara matrik

dan filler.

Hasil Pengujian Kuat Lentur

Pada Gambar 5 dapat dilihat

bahwa penambahan komposisi serat

cenderung meningkatkan kekuatan

lentur walau terjadi penurunan ketika

komposisi ditingkatkan menjadi 75 : 5

yaitu 66,00 kgf/cm2.

19.124.59

40.05

53.26 50.68

17.86

0

10

20

30

40

50

60

80 : 0 79 : 1 78 : 2 77 : 3 76 : 4 75 :5

Uji

Ta

rik

( K

gf/

cm

2)

Komposisi Pasir dan Serat Sabut Kelapa

Gambar 3. Grafik uji tarik terhadap komposisi SSK terhadap uji Tarik

0.22 0.240.44

2.00

0.990.71

0

0.5

1

1.5

2

2.5

80 : 0 79 : 1 78 : 2 77 : 3 76 : 4 75 :5

Uji

Im

pa

k (

J/cm

2)

Komposisi Pasir dan Serat Sabut Kelapa Gambar 4. Grafik uji impak terhadap komposisi SSK.

42.21 45.35

76.5891.37

133.39

66

0

20

40

60

80

100

120

140

160

80 : 0 79 : 1 78 : 2 77 : 3 76 : 4 75 :5

Ku

at

Len

tur

(Kg

f/cm

2)

Komposisi Pasir dan Serat Sabut Kelapa

Gambar 5. Grafik kuat lentur terhadap komposisi SSK.




26

53.26

10.48.98

91.37

56.14

53.9

2 0.22 0.6 0

20

40

60

80

100

0

10

20

30

40

50

60

0 45 90

Hasil

Uji M

ekan

ik

orientasi serat (0)

Gambar 6. Hubungan orientasi sudut terhadap kekuatan mekanik. Kuat tarik

(kgf/cm2) (♦), kuat lentur (kgf/cm

2) (■), kuat impak (J/cm

2) (▲)

Keberadaan serat dapat

menambah kekuatan lentur material

komposit. Tetapi berbeda halnya untuk

sampel 6 dengan kompoasisi 75 : 5,

dimana penambahan SSK sebesar 5%

mengalami penurunan kekuatan, hal ini

dimungkinkan karena berkurangnya

penguatan ikatan elemen-elemen SSK.

Penggunaan SSK dalam jumlah yang

banyak membuat ikatan antar muka

serat dan matrik menjadi lemah

sehingga terlepasnya ikatan antara serat

dan matrik.

Hasil pengujian orientasi sudut

terhadap kekuatan sifat mekanik

bahan genteng komposit polimer Dari Gambar 6 juga dapat dilihat

bahwa arah serat pada sampel

memberikan pengaruh terhadap sifat

mekanik komposit. Ini terjadi karena

pengaruh orientasi sudut, karena arah

orientasi merupakan hal penting dalam

penguatan komposit. Arah orientasi

serat berkaitan erat dengan penyebaran

gaya yang bekerja pada komposit.

Distribusi dari serat paling

maksimum jika arah serat searah

(parallel) dengan arah pembebanan.

Kekuatan komposit akan berkurang

dengan perubahan sudut dari serat,

sehingga komposit akan mempunyai

kekuatan yang tinggi jika struktur serat

dan gaya yang bekerja adalah searah.

Sedangkan kekuatannya akan melemah

jika struktur arah serat berlawanan atau

tegak lurus (transversal) sehingga serat

lebih mudah patah. Serat yang

transversal dengan arah pembebanan

tidak memberi penguatan, malah akan

melemahkan. Hal ini karena matrik

komposit sebenarnya tidak mempunyai

ikatan secara kimia dengan serat

pengisinya melainkan hanya terjadi

ikatan antar muka (ikatan secara fisika).

Ketika gaya makin besar beberapa serat

mulai lepas (debonding) karena adanya

tarikan gaya pada ujungnya. Akibat

gaya antar muka serat dengan matrik

makin lemah sehingga terjadi

debonding yakni lepasnya ikatan antara

serat dengan matriknya.

Pada uji kekuatan lentur, bahwa

kekuatan lentur terbesar ada pada sudut

00 sebesar 91,37 kgf/cm

2 dan pada

orientasi sudut 450 mulai menurun

sebesar 56,14 kgf/cm2 dan 53,90

kgf/cm2 pada sudut 90

0. Gambar 6 juga




29

memperlihatkan penurunan kekuatan

lentur seiring dengan pertambahan

sudut orientasi hingga 900.

Hasil penelitian menunjukkan

orientasi sudut penempatan serat

menyebabkan penurunan sifat mekanik

genteng komposit polimer sesuai

dengan proporsi orientasi sudutnya.

SIMPULAN

Karakteristik genteng komposit

polimer dapat dilihat dari hasil

pengujian. Pada uji mekanik didapat

nilai kekuatan tarik dan impak optimum

berada pada komposisi 77:3 sebesar

masing-masing 53, 26 kgf/cm2 dan 2

J/cm2. Hasil uji kekuatan lentur

optimum sebesar 133, 39 kgf/cm2 atau

13, 08 MPa berada pada komposisi

76:4. Orientasi sudut SSK

mempengaruhi penurunan sifat

mekanik genteng komposit polimer

(kuat tarik, kuat impak dan kuat lentur),

dimana besarnya penurunan tersebut

berbeda-beda berdasarkan proporsi

orientasi sudutnya. Orientasi sudut

yang baik untuk pembuatan genteng

komposit polimer sebesar 00.

DAFTAR PUSTAKA

Chung, D., 2003. Composite

Materials:science and

aplications:Functional material for

modern technology. British: British

Library cataloge.

Ditjenbun. 2010. Kelapa Indonesia.

Dikutip tanggal 14 Desember

2011, dari

Ditjenbun:http://ditjenbun.deptan.g

o.id/cigraph/index.php/viewstat/ko

moditiutama/5-Kelapa.

Ramatawa. 2008. Komposit. Dikutip

tanggal 23 pebruari 2012, from

Ramatawa:

http://ramatawa.wordpress.com.

jurnal politeknik negeri lhokseumawe

Documents