pengaruh media perendaman terhadap …/pengaruh... · diagram alir penelitian ... gambar 2.2 simbol...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH MEDIA PERENDAMAN TERHADAP

KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT

HDPE–SAMPAH ORGANIK

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

TRI PRASTYO

I 1407007

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

PENGARUH MEDIA PERENDAMAN TERHADAP KARAKTERISTIK

MEKANIK KOMPOSIT HDPE–SAMPAH ORGANIK

Disusun oleh

TRI PRASTYO

NIM. I 1407007

Dosen Pembimbing I

Heru Sukanto, ST,MT

NIP. 19720731 199702 1 001

Dosen Pembimbing II

Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT

NIP. 19681004 199903 1 002

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Rabu tanggal 25 Juli 2012

1. Bambang Kusharjanta, ST,MT

NIP. 19691116 199702 1 001 :………………………

2. Purwadi Joko Widodo, ST,M.Kom

NIP. 19730126 199702 1 001 :……………………....

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Didik Djoko Susilo, ST, MT

NIP. 19720313 199702 1 001

Koordinator Tugas Akhir

Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT

NIP. 19720229 200012 1 001


commit to user

Persembahan

Teruntuk :

Ibundaku & Rosa Pertiwi Gunadi, ST

MOTTO

“Keyakinan merupakan suatu pengetahuan di dalam hati,

jauh tak terjangkau oleh bukti” (Kahlil Gibran).

“Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak

pernah gagal, tetapi bangkit kembali

setiap kali kita jatuh” (Confusius).

“Setiap saat dalam hidupmu adalah ibarat gambar yang

belum pernah terlihat, dan gambar yang tidak akan

pernah terlihat lagi. Jadi, nikmati hidupmu dan

jadikan setiap momen menjadi indah”


commit to user

v

PENGARUH MEDIA PERENDAMAN TERHADAP KARAKTERISTIK

MEKANIK KOMPOSIT HDPE–SAMPAH ORGANIK

Tri Prastyo

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret, Surakarta

[email protected]

Abstrak Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik komposit HDPE-

Sampah organik meliputi kekuatan bending, geser tekan, dan kekuatan impact

komposit dibawah variasi media perendaman.

Komposit terbuat dari bahan High Density Polyethylene (HDPE) daur

ulang dan sampah organik. Pembuatan komposit menggunakan metode pressured

sintering dengan suhu sebesar 120 o

C, pada tekanan 8.7 kPa, selama 10 menit, dan

fraksi volume HDPE 0.3. Pengujian water absorption mengacu ASTM D5229,

Pengujian kekuatan bending dan kekuatan geser tekan mengacu ASTM D1037,

sedangkan pengujian impact mengacu ASTM D5941. Pengamatan patah bending

komposit dilakukan dengan SEM (scanning electron micrograph).

Hasil penelitian menunjukkan secara keseluruhan karakteristik mekanik

komposit HDPE-Sampah organik yang direndam mengalami penurunan

dibandingkan spesimen yang tidak mendapatkan perlakuan perendaman.

Penurunan kekuatan bending, geser tekan, dan impact terbesar terjadi pada variasi

perendaman dalam air accu zuur, diikuti air laut, air detergen, dan air destilasi.

Penurunan kekuatan bending sebesar 62.33%. Penurunan kekuatan geser tekan

sebesar 59.56%. Penurunan kekuatan impact sebesar 60.07%.

Kata kunci : Komposit, HDPE, Sampah organik, Sintering, Water absorption.

mailto:[email protected]


commit to user

vi

EFFECT OF IMMERSION MEDIA TO MECHANICAL

CHARACTERISTIC OF HDPE-ORGANIC WASTE COMPOSITES

Tri Prastyo Mechanical Engineering Departement

Engineering Faculty, Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia

[email protected]

Abstract

The research was conducted to investigate characteristic of HDPE–

Organic waste composite. The properties tested includes are bending strength,

compression shear strength and impact strength composites under variety of

media immersion.

Composite material was made of High Density Polyethylene (HDPE)

recycle and organic waste. The composite was made by pressured sintering

method with 120oC temperature at 8.7 kPa, during 10 min, and 0.3 HDPE volume

fraction. Water absorption test refers to ASTM D5229. Bending test and

compression shear refers to ASTM D1037, whereas impact test refers to ASTM

D5941. The fracture surface of bending test was observed SEM (scanning electron

micrograph).

The result shows mechanical characteristics of HDPE-Organic waste

composite that immersed have decreased compared with the specimen that did not

get the immersion treatment. Decrease of bending strength, compression shear,

and impact strength occurs on the variation of immersion in accu zuur water, sea

water, detergent water, and distilled water. Decrease of bending strength,

compression shear, impact strength are 62.33%; 59.56%; 60.07% respectively.

Keywords : Composite, HDPE, Organic waste, Sintering, Water absorption.

mailto:[email protected]


commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan

inayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan penulisan

skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar

Sarjana Teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Penulis menyampaikan terima kasih yang sangat mendalam kepada

semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini,

khususnya kepada :

1. Ibunda dan Ayahandaku, keluarga mas Eko Supriyanto, ST & mbak Lilin,

keluarga mbak Dwi Handayani, Amd & mas Wahyu. Keponakanku

Devanno-Devinno, dan Zlatan terimakasih atas doa, kasih sayang, dan

semangat yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Heru Sukanto, ST, MT. selaku dosen pembimbing I yang telah

memberikan banyak masukan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT. selaku dosen pembimbing II yang

dengan ikhlas dan sabar memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan

penulisan skripsi ini, serta sebagai pembimbing akademik selama menjalani

perkuliahan.

4. Bapak Bambang Kusharjanta, ST, MT., Bapak Purwadi Joko Widodo, ST,

M. Kom., dan Bapak Didik Djoko Susilo, ST, MT. selaku dosen penguji.

5. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan.

6. Rosa Pertiwi Gunadi, ST. terima kasih atas hari-hari yang telah kita lalui

bersama, karena semangat, perhatian, dan kasih sayang darimu sehingga

penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

7. Firmansyah Gunadi, SH & Yulia Endah Lestari, SE terima kasih atas canda

dan tawa kalian menemani penulis menyelesaikan skripsi ini.

8. Keluarga Ir. Wasis Gunadi, MBA

9. Keluarga besar mbah Mangun Diharjo

10. Keluarga besar mbah Kirjo


commit to user

viii

11. Muhamad Fandy Assydiqi, ST, Didik Riyanto, ST, Agung Ibnu Wibowo,

ST, Heri Saputro, ST, Pradipta Fajar Yuniarto kawan dan sahabat

seperjuangan yang telah melakukan penelitian bersama-sama.

12. Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non Reguler UNS angkatan

2007 (Triono Karso, Wisnu, Eko Sri Wahyudi, Agus, Dany, Eko Yulianto,

Frans Sukma, ST, Khamdan, Apriyan Triasmoko, Iva Irawan, Diky, Fandy

DP.

13. Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non Reguler UNS angkatan

2006 (Aji, Dhidhit, Ocky, Bomby, Tri SS, Yayan, Hendrawan, Danang,

Bagus, Andi, Arive) dan semua tanpa terkecuali yang telah memberikan

dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi.

14. Kakak tingkat Fakultas Teknik Mesin UNS angkatan 2004, 2005, dan

Bapak-Ibu S2 (khususnya Bu Rina dan Pak Ahmad) yang telah memberikan

semangat.

15. Ibu Elisa, Mas Haryanto, Pak Endras, & Semua Karyawan Fakultas Teknik.

16. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan

dorongan semangat serta do’anya, terima kasih.

Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak

kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi

kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan

terima kasih..

Surakarta, Juli 2012

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK................................................................................................................ v

ABSTRACT .............................................................................................................. vi

KATA PENGANTAR ............................................................................................. vii

DAFTAR ISI ........................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xi

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xii

BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah .............................................................................. 2

1.3. Batasan Masalah ................................................................................... 2

1.4. Tujuan Penelitian.................................................................................... 3

1.5. Sistematika Penulisan .......................................................................... 3

BAB II. DASAR TEORI ......................................................................................... 4

2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 4

2.2. Teori Tentang Komposit........................................................................ 6

2.2.1. Klasifikasi Komposit..................................................................... 6

2.2.2. Ikatan filler-matrik......................................................................... 7

2.3. Filler....................................................................................................... 8

2.4. Matrik..................................................................................................... 9

2.5. Karakteristik Komposit.......................................................................... 11

2.6. Sintering................................................................................................. 15

2.6.1. Pencampuran Serbuk.................................................................... 16

2.7. Potensi Sampah....................................................................................... 18

BAB III. METODE PENELITIAN ......................................................................... 19

3.1. Tempat Penelitian .................................................................................. 19

3.2. Bahan Penelitian..................................................................................... 19

3.3. Alat Penelitian........................................................................................ 21

3.4. Alat Pengujian........................................................................................ 22

3.5. Parameter................................................................................................ 24

3.6. Langkah Kerja Penelitian ...................................................................... 24

3.7. Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 28

3.8. Jadwal Penelitian.................................................................................... 29

BAB IV. HASIL DAN ANALISA .......................................................................... 30

4.1. Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah organik....................... 30

4.2. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Water Absorption.................... 31

4.3. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Bending................... 32

4.4. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Geser Tekan............ 34

4.5. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Impact..................... 35

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 37

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 37

5.2. Saran ...................................................................................................... 37

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


commit to user

x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Skema penyusutan pori selama proses sintering........................... 30


commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Ikatan pada komposit ................................................................ 7

Gambar 2.2 Simbol recycle HDPE ............................................................... 11

Gambar 2.3 Three point bending .................................................................. 12

Gambar 2.4 Sudut impak .............................................................................. 10

Gambar 2.5 Pengujian geser tekan ................................................................ 14

Gambar 2.6 Skema penyusutan pori selama proses sintering ....................... 16

Gambar 2.7 Mekanisme pencampuran serbuk .............................................. 17

Gambar 3.1 Bahan penelitian ........................................................................ 19

Gambar 3.2 Alat Penelitian ........................................................................... 20

Gambar 3.3 Alat Pengujian ........................................................................... 22`

Gambar 3.4 Dimensi spesimen bending........................................................ 25

Gambar 3.5 Dimensi spesimen Impact ......................................................... 25

Gambar 3.6 Dimensi spesimen geser tekan .................................................. 26

Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 27

Gambar 4.1 Pengaruh media perendaman terhadap water absorption

komposit HDPE-sampah organik .............................................. 31

Gambar 4.2 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan bending

komposit HDPE-sampah organik .............................................. 32

Gambar 4.3 Pengamatan patah bending ........................................................ 33

Gambar 4.4 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan geser tekan

komposit HDPE-Sampah organik ............................................. 34

Gambar 4.5 Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik setelah pengujian

geser tekan ................................................................................. 35

Gambar 4.6 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan impact komposit

HDPE-Sampah organik ............................................................. 35

Gambar 4.7 Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik setelah pengujian

impact ........................................................................................ 36


commit to user

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel 1. Pengujian Bending Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Media

Perendaman.

Tabel 2. Pengujian Geser Tekan Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi

Media Perendaman.

Tabel 3. Pengujian Impact Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Media

Perendaman.

Tabel 4. Pengukuran Densitas Spesimen Bending Komposit HDPE-Sampah

Organik.

Tabel 5. Pengukuran Densitas Spesimen Geser Tekan Komposit HDPE-Sampah

Organik.

Tabel 6. Pengukuran Densitas Spesimen Impact Komposit HDPE-Sampah

Organik.

Tabel 7. Pengujian Water Absorption Spesimen Bending Komposit HDPE-

Sampah Organik.

Tabel 8. Pengujian Water Absorption Spesimen Geser Tekan Komposit HDPE-

Sampah Organik.

Tabel 9. Pengujian Water Absorption Spesimen Impact Komposit HDPE-

Sampah Organik.

Tabel 10. Densitas Aktual Tanpa Perendaman.

Tabel 11. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Destilasi.

Tabel 12. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Detergen.

Tabel 13. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Laut.

Tabel 14. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Accu Zuur.

Tabel 15. Porositas Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Media

Perendaman

Lampiran Perubahan Warna Air Perendaman

Lampiran Pengujian Kadar Kimia Media Perendaman

Lampiran Dimensi Alat Uji


commit to user 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Komposit polimer merupakan salah satu komposit yang diminati

pembuatannya karena memiliki kekuatan yang cukup tinggi dengan harga yang relatif

murah serta mampu membantu permasalahan lingkungan. Kebijakan negara Uni

Eropa dan sebagian Asia telah mensyaratkan bahan daur ulang dan serat alam untuk

pembuatan komponen otomotif untuk mengurangi dampak permasalahan lingkungan

(End of Life Vehicle directive 2000/53/EC). Gabungan HDPE - ranting - daun

merupakan salah satu alternatif bahan yang dapat digunakan untuk pembuatan

komposit. Komposit HDPE - ranting - daun memiliki keunggulan jika dilihat dari sisi

pembiayaan atau investasi karena lebih ekonomis.

Potensi sampah plastik HDPE di Indonesia diperkirakan akan semakin

meningkat, dikarenakan semakin meningkatnnya konsumsi HDPE di sektor industri.

Miyarso (2012) mengatakan, pada tahun 2012 konsumsi HDPE nasional diperkirakan

mengalami kenaikan sekitar 7%-8%, ini terlihat dari produksi HDPE selama Januari

sampai September 2011 sebesar 76,82%. Selama tiga kuartal pertama produksi HDPE

tahun 2011 sebesar 242 ribu ton, dari kapasitas sebesar 315 ribu ton (okezone.com,

Januari 2012). Indonesia dengan jumlah penduduk hingga 225 juta, setiap hari

menghasilkan sampah baik organik maupun anorganik. Jumlah sampah yang

dihasilkan setiap hari di Indonesia mencapai 11,330 ton per hari, dan dalam satu

tahun, mencapai 4.078.800 ton per tahun (www.p-wec.org, 2012). Potensi sampah

sebesar itu dapat dijadikan sesuatu yang bermanfaat dan memiliki nilai ekonomis,

salah satunya menjadi komposit. Komposit dapat dibuat dari bahan yang ramah

lingkungan, dan produk yang hasilnya dapat digunakan pada berbagai macam

kebutuhan (Krzysik, 1991).

Pembuatan komposit dapat dilakukan salah satunya dengan metode pressured

sintering. Pressured sintering adalah suatu metode yang mengaplikasikan proses

kompaksi dan sintering . Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit antara

lain adalah : ukuran partikel serbuk, besarnya tekanan, temperatur sintering, lamanya

http://www.p-wec.org/



commit to user

2

waktu penahanan sintering, dan volume zat pengikat. Penelitian komposit HDPE dan

sampah organik dengan variasi peningkatan fraksi volume HDPE dengan metode

pressured sintering dapat meningkatkan kekuatan bending, densitas, serta impaknya

(Asshiddiqi, 2011).

Saat ini komposit serat alam memiliki dua permasalahan yang perlu ditangani

yaitu : kecocokan resin dan pengaruh penyerapan air (Westman, 2010). Pengujian

water absorption komposit polyester-serat kenaf, dengan variasi larutan air destilasi,

air laut, dan larutan asam, diperoleh kadar air maksimum (Mm) pada komposit yang

direndam dalam larutan asam, diikuti dengan air laut dan air destilasi selama 21 hari

dan menurunkan kekuatan mekaniknya (Nosbi, 2010). Balaji (2011) mengatakan,

Peningkatan kadar asam sulfat 15 % sampai 35% terhadap pengujian water

absorption komposit serat rami matrik epoxi menurunkan kekuatan mekaniknya.

Salah satu komponen penyusun komposit ini adalah material organik yang

berpotensi menyerap kelembaban, karena itu diperlukan penelitian untuk mengetahui

perilaku penyerapan air serta efek penyerapan air terhadap degradasi karakteristik

mekanik komposit HDPE sampah organik. Komposit ini diharapkan dapat di

aplikasikan di luar ruangan dan mampu memenuhi kebutuhan penggunaan bahan

yang semakin meluas di segala bidang.

1.2 Perumusan Masalah

Bagaimana pengaruh variasi media perendaman terhadap karakteristik

mekanik komposit berbahan dasar HDPE dan sampah organik.

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut:

1. Selama proses pencampuran distribusi serbuk HDPE, serbuk ranting pohon dan

serbuk daun yang digunakan dalam pembuatan komposit ini dianggap merata.

2. Selama proses pressured sintering distribusi panas diasumsikan merata.


commit to user

3

1.4 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik komposit HDPE dan

Sampah organik berupa kekuatan bending, geser tekan, dan kekuatan impact

komposit dibawah variasi media perendaman.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, serta sistematika penulisan tugas

akhir.

2. Bab II Dasar teori, berisi tinjauan pustaka serta kajian teoritis yang memuat

penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan dengan

permasalahan yang diteliti.

3. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat dan

pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.

4. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data hasil

pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

5. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulan memuat

pernyataan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil penelitian serta

merupakan jawaban dari tujuan penelitian dan pembuktian kebenaran hipotesis.

Saran memuat pengalaman dan pertimbangan penulis yang ditunjukkan kepada

para peneliti yang ingin melanjutkan atau mengembangkan penelitian yang

sejenis.


commit to user 4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Kebutuhan penggunaan bahan yang semakin meluas di segala bidang, menjadi

sebuah tantangan untuk menciptakan bahan baru yang kuat, murah, ringan, tahan

korosi dan mudah dalam pembentukannya. Komposit merupakan salah satu

solusinya, limbah dan serat alam sudah digunakan pabrikan Eropa untuk perakitan

mobil-mobil mewah, di antaranya Audi, BMW, dan Daimler AG. Salah satu produk

termewah Mercedes S Class, bahkan telah menggunakan komposit serat alam dan

bahan daur ulang pada 27 bagian interiornya (Subyakto, 2011), namun komposit yang

menggunakan serat alam sebagai filler atau penguat masih sedikit diaplikasikan diluar

ruangan. Penurunan kekuatan komposit akan menurun apabila terkena dampak

lingkungan disekitar. Diperlukan penelitian untuk mengetahui kekuatan komposit

apakah layak untuk diaplikasikan diluar ruangan, serta mengetahui dampak degradasi

kekuatannya.

Komposit HDPE sampah organik terbuat dari bahan dasar sampah. Sampah

organik (daun dan ranting) berfungsi sebagai filler dan sampah anorganik (plastik

HDPE) berfungsi sebagai pengikat, karena sifatnya yang dapat mengalami pelunakan

atau pelelehan kembali jika diberi penambahan suhu. Plastik HDPE dapat

ditambahkan filler (material pengisi) dari bahan-bahan lain untuk mendapatkan

material akhir dengan sifat-sifat yang diinginkan. Pembuatan komposit dapat

dilakukan salah satunya dengan metode pressured sintering. Kenaikan suhu sintering

menyebabkan HDPE akan semakin mudah melunak dan mengakibatkan

bertambahnya titik kontak antar partikel. Dengan pertambahan titik kontak antar

partikel plastik semakin besar menyebabkan ikatan antar partikel plastik semakin

kuat. Proses pressured sintering pada suhu sintering 120ºC akan meningkatkan

jumlah ikatan antar serbuk plastik, karena pada suhu ini serbuk plastik mulai melunak

dan mengalami reposisi menempati ruang antar serbuk karet (Sukanto, 2008).

http://www.alpensteel.com/component/content/section/7.html?layout=blog&type=rss&start=910


commit to user

5

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan bahan yang terbuat dari teknologi

serbuk antara lain adalah : ukuran partikel serbuk, besarnya tekanan, temperatur

sintering, lamanya waktu penahanan sintering, dan volume zat pengikat. Penelitian

komposit HDPE-sampah organik dengan variasi peningkatan suhu sintering akan

meningkatkan kekuatan bending dan menurunkan nilai serapan air (Riyanto, 2011).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan waktu sintering dari 5 menit

sampai 20 menit akan meningkatkan kekuatan mekanik komposit serta peningkatan

densitas komposit (Wibowo, 2012). Tutuko (2007) mengatakan penambahan waktu

sintering dari 10 hingga 25 menit akan meningkatkan kekuatan mekanik komposit

HDPE-ban bekas.

Penelitian komposit HDPE dan sampah organik dengan variasi peningkatan

fraksi volume HDPE meningkatkan kekuatan mekaniknya (Asshiddiqi, 2011).

Semakin kecil ukuran serbuk akan meningkatkan kekuatan komposit (Yonanta,

2008). Fraksi volume terbaik yang digunakan untuk membuat komposit dengan

HDPE adalah 20% - 40% (Oza, 2010). Peningkatan besar tekanan pada komposit

HDPE dan sampah organik mempengaruhi kekuatan mekaniknya (Saputro, 2012).

Komposit yang menggunakan serat alam sebagai filler masih sedikit

diaplikasikan diluar ruangan, dikarenakan penurunan kekuatan komposit apabila

terkena dampak lingkungan. Komposit serat alam memiliki dua permasalahan yang

perlu ditangani yaitu : kecocokan resin dan pengaruh penyerapan air (Westman,

2010). Diperlukan penelitian untuk mengetahui kekuatan komposit apakah layak

untuk diaplikasikan diluar ruangan, serta mengetahui dampak degradasi kekuatannya

akibat water absorption. Penelitian yang mengkaji komposit serat kenaf (10%, 20%,

dan 30%) dan polyester untuk mempelajari pengaruh penyerapan air terhadap sifat

mekanik dengan pengujian perendaman dalam air, didapatkan hasil penyerapan air

meningkat seiring peningkatan persentase serat (Rashdi, 2010). Perilaku penyerapan

air biokomposit poly (asam laktat) dan kulit pohon serat kenaf dengan perendaman

air destilasi, ditemukan pengembangan microcracks di permukaan dan di dalam

komposit, dan menyebabkan debonding pada serat dan matrik (Taib, 2008).

Pengujian water absorption spesimen komposit serat kenaf dilakukan dengan

http://etd.eprints.ums.ac.id/1772/

http://etd.eprints.ums.ac.id/1772/


commit to user

6

merendam spesimen dalam air destilasi pada suhu 25oC. Sifat tarik spesimen yang

direndam dalam air dievaluasi dan dibandingkan dengan spesimen komposit kering

menunjukkan penurunan kekuatan tarik komposit (Rashdi, 2010).

2.2 Teori Tentang Komposit

2.2.1 Klasifikasi Komposit

Hull (1992), mengklasifikasikan komposit berdasarkan sifat dan dimensi fasa

tersebarnya yaitu :

a. Mikrokomposit

Dimensi fasa tersebarnya mikrokomposit yang memiliki ukuran antara 10-8

– 10-6

m. Mikrokomposit ini dapat dibagi atas tiga bagian berdasarkan ukuran dan bentuk

fasa tersebarnya yaitu :

Mikrokomposit menggunakan penguat sebaran

Mikrokomposit menggunakan penguat partikel

Mikrokomposit menggunakan penguat serat

b. Makrokomposit

Biasanya dimensi fasa tersebarnya memiliki ukuran di atas 10-6

m.

komposit sebagai sistem material yang terdiri dari gabungan dua atau lebih

unsur pokok makro yang berbeda bentuk atau komposisi yang tidak dapat dipisahkan

satu sama lain. Berdasarkan bentuk material pembentuknya, Schwartz (1984)

mengklasifikasikan komposit menjadi lima kelas, yaitu:

Komposit serat (fiber composite)

Komposit serpihan (flake composite)

Komposit butir (particulate composite)

Komposit isian (filled composite)

Komposit lapisan (laminar composite)

Komposit dengan penguat serat adalah jenis komposit yang paling sering

dipakai dalam aplikasi, hal ini dikarenakan komposit jenis ini memiliki sifat kekuatan


commit to user

7

tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya adalah struktur serat tersebut

memiliki kekuatan tekan serta kekuatan tarik arah melintang serat yang kurang bagus.

Secara umum komposit dengan penguatan serat tersusun dari dua material

utama yaitu matrik dan serat. Antar kedua unsur material tersebut tidak terjadi reaksi

kimia dan tidak larut satu sama lain, melainkan hanya ikatan antar muka diantara

keduanya. Serat yang memiliki kekuatan lebih tinggi berperan sebagai komponen

penguat, sedangkan matrik yang bersifat lemah dan liat bekerja sebagai pengikat dan

memberi bentuk pada struktur komposit. Komposit serat dapat dibedakan berdasarkan

jenis dan orientasi seratnya, yaitu komposit serat searah (continuous fiber composite),

serat anyaman (woven fiber composite), serat acak (chopped fiber composite), dan

gabungan beberapa jenis serat (hybrid fiber composite).

2.2.2 Ikatan filler-matrik

Mekanisme penguatan komposit filler sangat di tentukan oleh ikatan antara

filler dengan matrik. Apabila ikatan yang terjadi cukup kuat, maka filler dapat

meningkatkan kekuatan komposit, tetapi apabila ikatan antar permukaan partikel

dengan matrik kurang baik, yang terjadi adalah filler hanya sebagai bahan impurities,

dimana filler hanya terjebak dalam matrik tanpa memiliki ikatan dengan matrik dan

hanya akan mengurangi kekuatan dari matrik itu sendiri. Kekuatan komposit sangat

di tentukan oleh ikatan antar muka antara serat dengan matrik seperti ditunjukkan

gambar 2.1.

Gambar 2.1 Ikatan pada komposit

(Sumber : George, dkk, 1995)


commit to user

8

2.3 Filler

Filler merupakan komponen di dalam material komposit yang berguna untuk

memperbaiki sifat mekanik dari bahan matrik yang digunakan. Syarat yang harus

dimiliki filler agar dapat dipergunakan dalam komposit adalah kemampuannya

berikatan dengan matrik. Kekuatan komposit akan mengalami kenaikan yang cukup

tinggi dengan adanya filler. Semakin tinggi kemampuan filler untuk berikatan dengan

matrik, semakin kuat pula komposit yang dihasilkan. Mekanisme penguatan sangat di

tentukan oleh ikatan antara permukaan filler dengan matrik, apabila ikatan yang

terjadi cukup kuat maka mekanisme penguatan akan terjadi dengan baik dan akan

meningkatkan kekuatan komposit, akan tetapi apabila ikatan antar permukaan filler

dengan matrik tidak sempurna filler hanya sebagai bahan impurities, dimana filler

hanya terjebak dalam matrik tanpa memiliki ikatan dengan matriknya dan hanya akan

mengurangi kekuatan dari matrik itu sendiri. Penambahan filler bertujuan untuk

mengurangi biaya, mewarnai atau menguatkankan bahan polimer.

Secara umum, kemampuan suatu filler dalam komposit dipengaruhi oleh tiga

faktor utama yaitu ukuran, bentuk, dan sifat-sifat kimia. Pada umumnya filler

memiliki ukuran yang kecil, dan bentuk yang tidak seragam. Peningkatan sifat fisik

bahan polimer dapat dikaitkan dengan ukuran partikel filler. Ukuran partikel filler

yang kecil akan meningkatkan tingkat penguatan polimer dibandingkan dengan

ukuran partikel yang besar. Ukuran partikel mempunyai hubungan secara langsung

dengan permukaan per gram filler. Oleh sebab itu, ukuran partikel yang kecil akan

memperluas permukaaan sehingga interaksi antara matrik dan filler seterusnya akan

meningkatkan penguatan bahan polimer, sehingga dapat disimpulkan semakin kecil

ukuran partikel semakin tinggi interaksi antara filler dan matrik polimer. Bentuk

partikel dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer. Sifat akhir komposit yang

dihasilkan akan berbeda beda jika menggunakan bentuk pengisi yang berbeda. Sifat

kimia filler akan berinteraksi dengan matrik polimer yang seterusnya akan

menghasilkan ikatan. Pembentukan ikatan diantara polimer dan filler akan

meningkatkan kekuatan komposit.


commit to user

9

Saat ini filler berkembang ke arah serat alam, karena serat alam renewable

dan dapat terdegradasi di alam, tidak seperti serat sintetis yang sangat sulit terurai

kembali yang akan menambah permasalahan lingkungan. Serat alam dapat menjadi

filler dalam komposit karena kandungan selulosenya, dimana selulose ini dimiliki

oleh beberapa serat seperti jute, kenaf, sisal, cantula, abaca, dan sekam padi

(Ariawan, 2009). Filler juga ada yang terbuat dari bahan anorganik seperti serat kaca,

serat kevlar, silica, kalsium, dan mika. Filler yang digunakan dalam komposit ini

adalah sampah organik berupa serbuk ranting dan serbuk daun yang ramah

lingkungan.

2.4 Matrik

Gibson R.F (1994) mengatakan, bahwa matrik dalam struktur komposit bisa

berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi

untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Matrik memiliki fungsi :

Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat

Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan tahanan

listrik.

Polimer lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan (Ismail, 2004)

yaitu :

a. Mudah diproses

b. Memiliki sifat mekanik yang baik

c. Memiliki berat jenis yang rendah

d. Memiliki suhu pemrosesan yang lebih rendah dibandingkan suhu pemrosesan

logam.

Plastik merupakan salah satu polimer yang berasal dari zat organik, yang

dihasilkan dari senyawa-senyawa yang pada umumnya terbentuk dari unsur karbon

(C), hidrogen (H), oksigen (O), dan nitrogen (N). Zat organik dapat dibuat sintetis


commit to user

10

dari bahan mentah minyak bumi, karena minyak bumi mengandung lebih dari 1000

macam senyawa hidrokarbon. Salah satunya adalah HDPE (High Density

Polyethylene), terbentuk dari gabungan dari banyak molekul-molekul kecil/monomer

yang akan membentuk makro molekul, maka disebut juga polymer. Polymer

terbentuk dari gabungan banyak molekul yang sama atau mirip jenisnya. Proses

pembuatan polymer ini disebut polimerisasi, yang melibatkan energi panas dan

katalisator untuk memisahkan ikatan dalam suatu molekul agar dapat terjadi ikatan

dengan molekul-molekul lain yang sejenis (Billmeyer, 1994).

Polietilena berdensitas tinggi (High density polyethylene, HDPE) adalah

polietilena termoplastik yang terbuat dari minyak bumi. Membutuhkan 1,75 kg

minyak bumi (sebagai energi dan bahan baku) untuk membuat 1 kg HDPE. HDPE

dapat didaur ulang, dan memiliki nomor 2 pada simbol daur ulang. Produksi HDPE

industri nasional selama Januari sampai September 2011 masing-masing adalah

sebesar 76,82 %, Produksi HDPE selama tiga kuartal pertama di 2011 adalah 242

ribu ton, dari kapasitas sebesar 315 ribu ton per tahun (Okezone.com, Januari 2012)..

HDPE memiliki percabangan yang sangat sedikit, hal ini dikarenakan pemilihan jenis

katalis dalam produksinya (katalis Ziegler-Natta) dan kondisi reaksi. Karena

percabangan yang sedikit, HDPE memiliki kekuatan tensil dan gaya antar molekul

yang tinggi. HDPE juga lebih keras dan bisa bertahan pada temperatur tinggi

Tm=1300C (Ming-We, 2009).

HDPE sangat tahan terhadap bahan kimia sehingga memiliki aplikasi yang

luas, diantaranya :

Sistem perpipaan transfer panas bumi

Sistem perpipaan gas alam

Pipa air

Pembungkus kabel

http://id.wikipedia.org/wiki/Polietilena

http://id.wikipedia.org/wiki/Termoplastik

http://id.wikipedia.org/wiki/Minyak_bumi

http://id.wikipedia.org/wiki/Energi

http://id.wikipedia.org/wiki/Daur_ulang

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Simbol_daur_ulang&action=edit&redlink=1


http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Percabangan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Katalis_Ziegler-Natta&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Reaksi_kimia

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kekuatan_tensil&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Gaya_antar_molekul&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_kimia

http://id.wikipedia.org/wiki/Panas_bumi

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alam

http://id.wikipedia.org/wiki/Air

http://id.wikipedia.org/wiki/Kabel


commit to user

11

Gambar 2.2 Simbol recycle HDPE

(Sumber : www.kaskus.us, 2012)

Sifat-sifat plastik HDPE secara umum adalah tahan terhadap zat kimia

(misalkan minyak, deterjen), ketahanan impak cukup baik, memiliki ketahanan

terhadap suhu, tidak tahan terhadap sinar matahari dan plastik HDPE stabil terhadap

oksidasi udara (Corneliusse, 2002).

2.5 Karakteristik Komposit

Sifat-sifat komposit dapat diketahui dengan mengetahui kekuatan komposit

tersebut. Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda. Hal

itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara pengisi dan matrik. Ikatan

antar muka sangat penting karena antar muka filler – matriks berfungsi untuk

memindahkan beban dari matriks ke filler. Kemampuan pemindahan beban ke

penguat tergantung pada daya ikat yang muncul pada antar muka komposit.

Kemampuan tersebut dapat dihitung dengan berbagai rumus untuk mengetahui nilai

dari sifat-sifat komposit yang dihasilkan.

Densitas merupakan indikator penting kemampuan suatu komposit. Hal ini

menggambarkan seluruh efek dari properti material. Rumus untuk menghitung

densitas (ASTM D-1037) :

Densitas (Kg/m3) =

volume

massa……........………….…………………...…. (2.1)

Komposit serat alam memiliki permasalahan yang perlu ditangani salah

satunya adalah pengaruh penyerapan air (Westman, 2010), dengan mengetahui


commit to user

12

perilaku penyerapan air serta efeknya dapat diketahui seberapa besar degradasi

penurunan kekuatan komposit. Dengan cara menimbang spesimen secara berkala

hingga mencapai berat yang setimbang. Penyerapan kelembaban dinyatakan sebagai

prosentase berat berdasarkan rumus :

Persen berat penyerapan = )2.2........(%.........100ker

kerx

ingberat

ingberatberatbasah

Sifat komposit dapat dilihat juga dari kekuatan bending sehingga dapat

diketahui tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar

tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Akibat tegangan bending,

pada bagian atas spesimen akan mengalami tekanan, dan bagian bawah akan

mengalami tegangan tarik.

Komposit akan mengalami patah pada bagian bawah yang disebabkan karena

tidak mampu menahan tegangan tarik yang diterima. Kekuatan bending dapat

diketahui dengan mengacu ASTM D1037 dengan bentuk dan gambar spesimen

seperti pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Three point bending

b L

d

P


commit to user

13

Kekuatan bending ditentukan oleh MOR (Modulus of Rupture). Rumus untuk

menghitung MOR adalah :

MOR = 22

3

bd

PL …………………………………………….. (2.3)

MOR = modulus of rupture ( pembebanan dari tengah), MPa

P = beban bending maksimal, N

L = panjang span, mm

b = lebar spesimen, mm

d = tebal spesimen, mm

Sifat komposit dapat dilihat juga dari kekuatan impaknya, sehingga dapat

diketahui kekuatan impak terbesar yang dapat diterima, dengan mengetahui kekuatan

impaknya komposit dapat diaplikasikan dalam kondisi yang masih aman sesuai besar

kekuatan impak yang dimiliki komposit tersebut. Untuk mengetahui kekuatan impak

komposit, terlebih dahulu dihitung energi yang diserap oleh komposit (W), yaitu

selisih energi potensial pendulum sebelum dan sesudah mengenai komposit.

Gambar 2.4 Sudut impak

(Sumber : modul panduan uji impak izod Lab.Pusat MIPA)

W =[w.R.(cosβ–cosα) ………………………………………..... (2.4)

dimana: w = berat pendulum (N)

= m . g

R = jarak dari pusat rotasi pendulum ke pusat massa (m)

β = sudut pantul lengan ayun


commit to user

14

α = sudut naik awal lengan ayun

Bila pada kondisi pendulum diayunkan bebas (tanpa mengenai benda uji)

sudut pantul lengan ayun lebih kecil daripada sudut naiknya berarti terdapat gesekan,

maka nilai W dikurangi dengan energi gesekan (Wgesek).

Jadi, persamaan untuk menghitung energi total yang diserap oleh benda (W)

adalah:

W = Wspesimen – Wgesek

W = w.R.(cos β – cos β’) ……………………………………... (2.5)

dimana: β’ = sudut pantul lengan ayun tanpa mengenai benda

Maka, perhitungan nilai kekuatan impak benda uji adalah sebagai berikut:

310

bh

WaiU 2m

J .………………………………………... (2.6)

dimana: h = ketebalan benda uji (m)

b = lebar benda uji (m)

Sifat komposit dapat dilihat juga dari kekuatan geser tekannya, sehingga dapat

diketahui kekuatan geser tekan terbesar yang dapat diterima komposit. Untuk

mengetahuinya kekuatan geser tekan dapat diketahui dengan bentuk dan gambar

spesimen seperti pada gambar 2.5.

P

Gambar 2.5 Pengujian geser tekan

(Sumber : ASTM D1037)


commit to user

15

Perhitungan untuk menentukan kekuatan geser maksimum adalah:

τ .……………….……………...…………………………(2.7)

Dimana:

τ = tegangan geser maksimum, psi (Pa)

P = beban maksimum, lbf (N)

A = luas penampang spesimen, in2

(mm2)

2.6 Sintering

Sintering adalah pengikatan antara partikel-partikel serbuk pada suhu tinggi.

Proses sintering dapat terjadi melalui mekanisme transport atom pada kondisi padat,

pada beberapa kasus juga melibatkan fase cair. Proses sintering melalui pergerakan

atom akan mengurangi energi permukaan (surface energy) antar partikel. Energi

permukaan per unit volume berbanding terbalik dengan diameter partikel. Sedangkan

energi permukaan tergantung dari luas permukaan. Oleh karena itu, partikel serbuk

dengan luas permukaan spesifik yang lebih tinggi akan memiliki energi permukaan

yang lebih tinggi pula dan akan memepercepat proses sintering. Luas permukaan

spesifik adalah luas permukaan serbuk dibagi dengan massa serbuk (German, 1994).

Pada Gambar 2.6 diperlihatkan skema penyusutan pori-pori antar partikel

serbuk selama proses sintering. Pada kondisi awal adalah kondisi setelah kompaksi,

yaitu masih terdapat pori-pori antar partikel serbuk. Awal proses sintering mulai

terjadi pengikatan antar partikel serbuk sehingga pori-pori mulai mengecil. Jika

proses sintering terus berlanjut maka area kontak antara partikel serbuk membesar

karena adanya tekanan selama proses kompaksi dan partikel serbuk mulai mengalami

perubahan fase menjadi lebih lunak, dan ketika material sudah pada kondisi suhu

ruang akan menghasilkan ikatan yang lebih kuat. Disamping membentuk ikatan antar

partikel, siklus sintering diharapkan dapat menyeragamkan campuran serbuk dan

mengurangi porositas. Proses sintering berpengaruh besar dalam menentukan sifat

A

P

2


commit to user

16

produk, antara lain kekuatan produk, kekerasan, keuletan, konduktifitas panas dan

listrik.

Gambar 2.6 Skema penyusutan pori selama proses sintering

(Sumber : German, 1994)

Dampak proses kompaksi terhadap hasil sintering adalah berkurangnya pori-

pori, serta menambah luas area kontak antar partikel, sehingga sifat material hasil

proses sintering akan mengalami peningkatan kekuatan, densitas, serta berkurangnya

penyusutan saat proses sintering. Serbuk HDPE pada suhu 120°C sudah mulai

melunak karena pada suhu tersebut plastik sudah mendekati titik melting. Pelunakan

serbuk plastik mengakibatkan terjadinya ikatan antar serbuk plastik. Ikatan antar

serbuk plastik juga dipengaruhi oleh kompaksi yang diberikan. Kompaksi yang

diberikan bersamaan dengan proses sintering akan memperbesar ikatan antar serbuk

plastik. Bertambahnya ikatan antar partikel serbuk plastik akan menurunkan besarnya

pori (Yonanta, 2008).

2.6.1 Pencampuran Serbuk (mixing)

Pencampuran serbuk dilakukan untuk menghasilkan distribusi komposisi

material dan ukuran serbuk yang seragam. Proses ini juga berguna untuk

menyeragamkan distribusi ukuran serbuk sebelum kompaksi, karena pada saat

penyimpanan atau proses transportasi bisa mengalami getaran yang memungkinkan

terjadinya segregasi. Segregasi dapat terjadi karena perbedaan bentuk, densitas, dan

ukuran partikel serbuk.

Terdapat tiga mekanisme pencampuran serbuk yaitu difusi, konveksi, dan

geser. Mekanisme difusi yaitu pencampuran yang terjadi karena pergerakan partikel


commit to user

17

serbuk masuk ke partikel serbuk yang lain. Mekanisme konveksi yaitu percampuran

dengan perpindahan sekumpulan serbuk ke tempat yang lain. Sedangkan mekanisme

geser yaitu pergeseran serbuk karena perputaran plat tegak. Ketiga mekanisme

tersebut dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Mekanisme pencampuran serbuk

(Sumber : German, 1994)

Menurut German (1994), pencampuran serbuk yang optimal, yaitu serbuk

dapat tercampur dengan baik, tergantung pada jumlah serbuk di dalam tabung dan

kecepatan putar tabung. Volume pencampuran serbuk yang optimal adalah antara 20-

40% dari volume tabung. Sedangkan untuk kecepatan putar tabung untuk

menghasilkan campuran yang optimum dapat dihitung dari persamaan berikut:

dNc

3,42 ..................................................................................... (2.8)

dimana: Nc = kecepatan putar pada kondisi kritis (RPM), yaitu pada

kondisi gaya sentrifugal partikel serbuk ke dinding sama

dengan gaya gravitasi.

Fc = Fg

gmd

Vm.

..4 2

..................................................... (2.9)

d = diameter tabung (meter)

Untuk mendapatkan kecepatan putar yang optimum adalah sekitar 75% dari

kecepatan putar kritis (Nc).


commit to user

18

2.7 Potensi Sampah

Sampah memiliki arti material sisa yang tidak diinginkan setelah berakhirnya

suatu proses atau barang yang dibuang karena tidak terpakai lagi. Indonesia dengan

jumlah penduduk hingga 225 juta, setiap hari menghasilkan sampah yang mencapai

11,330 ton per hari. Jika jumlah sampah itu dihasilkan dalam satu tahun, maka

sampah mencapai 4.078.800 ton per tahun ( www.p-wec.org, 2012 ). Potensi sampah

plastik HDPE di Indonesia diperkirakan akan semakin meningkat, dikarenakan

semakin meningkatnnya konsumsi HDPE di sektor industri. Miyarso (2012)

mengatakan, pada tahun 2012 konsumsi HDPE nasional diperkirakan mengalami

kenaikan sekitar 7%-8%, ini terlihat dari produksi HDPE selama Januari sampai

September 2011 sebesar 76,82%. Selama tiga kuartal pertama di tahun 2011 sebesar

242 ribu ton, dari kapasitas sebesar 315 ribu ton (okezone.com, Januari 2012).

Besarnya potensi sampah di Indonesia dapat dimanfaatkan untuk pembuatan

komposit HDPE sampah organik, serta membantu mengurangi dampak permasalahan

lingkungan.




commit to user 19

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2 Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:

a. Daun

Diperoleh dari sampah-sampah daun disekitar kampus UNS.

b. Ranting pohon

Diperoleh dari sampah-sampah ranting pohon disekitar kampus UNS.

c. HDPE

Diperoleh dari Pengepul, Vanila Plastik, jl. Makam haji-Gawok. Km 3.6

Prampelan Waru, Baki, Sukoharjo.

d. Air Laut

Diperoleh dari Pantai Srau, Pacitan, Jawa Timur.

Dengan nilai pH 8,40.

Dengan nilai salinitas 121,4 mg/L.

e. Air Accu Zuur

Diperoleh dari Pabrik Air Accu Jaya Jago, Bekonang, Sukoharjo.

Dengan nilai pH <1.

Dengan kadar asam sulfat 122,7 mg/L.

f. Air Detergen

Diperoleh dengan mencampur 1 liter air destilasi dan 5,6 gram detergen.


Dengan nilai kesadahan sebesar 232 mg/L

g. Air Destilasi

Diperoleh dari Toko Bahan Kimia Bratachem, jl. Yosodipuro No. 66, Solo.



commit to user

20

(a) (b) (c)

(d) (e)

(f) (g)

Gambar 3.1 Bahan penelitian : (a) Daun; (b) Ranting; (c) HDPE;

(d) Air Laut; (e) Air Accu Zuur; (f) Air Detergen; (g) Air Destilasi


commit to user

21

3.3 Alat Penelitian

Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data antara

lain adalah :

a. Alat pres

b. Mesh (saringan)

Mesh digunakan untuk menyaring HDPE dan sampah organik (daun, ranting)

setelah proses crushing. Ukuran serbuk HDPE yang digunakan adalah yang lolos

mesh 30 dan tidak lolos mesh 40, sedangkan ukuran serbuk daun dan ranting

pohon yang digunakan adalah yang lolos mesh 6 dan tidak lolos mesh 10.

c. Timbangan digital

Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa dan selanjutnya untuk

menentukan fraksi berat komposit. Spesifikasi timbangan digital:

Merk : KRISBOW

Model : KW 0600378

Kapasitas and Reability : 500 g x 0.01

d. Thermometer digital

Thermometer digital digunakan untuk mengetahui suhu pada saat dilakukan

pembuatan sesimen maupun pada saat perlakuan pada spesimen.

e. Crusher (Pemecah/Penggiling)

Crusher digunakan untuk mengiling HDPE, ranting dan daun sebelum

disaring menggunakan mesh.

f. Timer

Timer digunakan untuk mengetahui atau membatasi lamanya proses sintering.


commit to user

22

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Gambar 3.2 Alat Penelitian : (a) Alat pres; (b) Mesh; (c) Timbangan digital;

(d) Thermometer digital; (e) Crusher: (f) Timer


commit to user

23

3.4 Alat Pengujian

a. Universal Testing Machine (UTM)

Alat ini digunakan untuk pengujian bending, dan geser tekan pada spesimen

komposit.

b. Impact Izod

Alat ini digunakan untuk pengujian impact pada spesimen komposit.

c. Scanning Electron Micrograph (SEM)

Alat ini digunakan untuk mengambil gambar mikro spesimen uji bending.

(a) (b)

(c)

Gambar 3.3 Alat Penelitian : (a) UTM; (b) Impact izod; (c) SEM


commit to user

24

3.5 Parameter

Dalam penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah:

a. Suhu sintering 120ºC.

b. Tekanan 8,7 kPa

c. Waktu sintering 10 menit

d. Ukuran mesh bahan adalah:

Serbuk HDPE = mesh 30-40

Sampah organik = mesh 6-10

e. Fraksi volume HDPE = 0.3

f. Sampah organik terdiri dari ranting pohon dan daun kering dengan

perbandingan masing-masing ranting : daun adalah 1/ 1.

g. Waktu perendaman 504 jam (21 hari).

Parameter yang dirubah adalah media perendaman : tanpa perendaman, air laut,

air accu zuur, air detergen, dan air destilasi.

3.6 Langkah Kerja Penelitian

Persiapan Bahan Dasar

Proses penyiapan bahan dasar adalah dengan pengumpulan plastik jenis

HDPE yang diperoleh dari pengepul, Vanila Plastik, jl. Makam haji-Gawok. Km 3.6

Prampelan Waru, Baki, Sukoharjo. Sedangkan sampah organik yang dipakai berasal

dari lingkungan sekitar kampus UNS, bahan-bahan tersebut kemudian dibersihkan

dari kotoran.

Perlakuan Awal

Perlakuan awal bahan dilakukan dengan cara penjemuran HDPE dan sampah

organik dengan memanfaatkan sinar matahari.

Crushing

Pembuatan bahan dasar komposit menjadi serbuk dilakukan dengan proses

crushing. Proses crushing menggunakan mesin crusher.


commit to user

25

Tahap Penyaringan

Pemilihan ukuran serbuk HDPE dilakukan dengan cara penyaringan, untuk

ukuran serbuk HDPE yang digunakan adalah yang lolos mesh 30 dan tidak lolos mesh

40, sedangkan ukuran serbuk daun dan ranting pohon yang digunakan adalah yang

lolos mesh 6 dan tidak lolos mesh 10.

Pencampuran Serbuk

Proses pencampuran serbuk dilakukan untuk menyeragamkan komposisi,

serta mengurangi segregasi yang biasa terjadi akibat adanya pergerakan atau getaran

pada serbuk. Pencampuran serbuk dilakukan dalam keadaan kering. Fraksi volume

HDPE sebesar 30% , serbuk daun 35%, dan serbuk ranting 35%, Penggunaan fraksi

volume dalam pencampuran kedua serbuk tersebut untuk memudahkan dalam

memperkirakan banyaknya masing-masing bahan dalam campuran, pencampuran

dilakukan dalam tabung silinder yang diputar dengan kecepatan 75 rpm. Perhitungan

untuk mengetahui kecepatan putar pencampuran serbuk yang optimum dapat dilihat

pada persamaan (2.8). Dengan volume total serbuk di dalam tabung adalah 40% dari

volume tabung.

Pembuatan Spesimen

Spesimen dibuat dengan metode pressured sintering. Pressured sintering

adalah suatu metode yang mengaplikasikan proses kompaksi dan sintering. Sintering

dimaksudkan untuk membentuk ikatan antar partikel serbuk dengan menggunakan

energi thermal pada suhu di bawah titik leleh material, dalam hal ini adalah HDPE.

Sintering dilakukan di dalam cetakan dengan lingkungan udara bebas. Suhu sintering

yang dipakai adalah 120 o

C, sedangkan penahanan sintering dilakukan dengan

tekanan yaitu 8.7 kPa, dan waktu sintering 10 menit.


commit to user

26

Pengukuran Densitas

Pengukuran densitas digunakan untuk memprediksikan sifat mekanik

komposi, dengan mengacu pada ASTM D-1037. Dimensi spesimen mengacu pada

pengujian yang akan dilakukan.

Tahap Perendaman

Sebelum dilakukan pengujian mekanik spesimen terlebih dahulu mendapatkan

perlakuan water absorption mengacu ASTM (D5229) dengan waktu perendaman 504

jam (21 hari), dengan variasi media perendaman yaitu : tanpa perendaman,

perendaman dalam air laut, perendaman dalam air accu zuur, perendaman dalam air

detergen, dan perendaman dalam air destilasi. Dimensi spesimen mengacu pada

pengujian yang akan dilakukan.

Tahap pengujian

Pengujian spesimen yang dilakukan adalah:

a. Pengujian Bending

Pengujian bending mengacu pada ASTM D1037, dengan ukuran spesimen

seperti terlihat pada gambar 3.4 :

Gambar 3.4. Dimensi Spesimen bending (satuan dalam milimeter).

b. Pengujian Impact

Pengujian Impact mengacu pada ASTM D5941 dengan ukuran spesimen

seperti terlihat pada gambar 3.5 :

50

194 6


commit to user

27

7 50.8

Gambar 3.5. Dimensi Spesimen Impact (satuan dalam milimeter).

c. Pengujian Geser Tekan

Pengujian geser tekan mengacu pada ASTM D1037, dengan ukuran

spesimen seperti terlihat pada gambar 3.6 :

Gambar 3.6. Dimensi Spesimen geser tekan (satuan dalam milimeter)

Pengolahan Data

Dari data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu

dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya kekuatan bending, kekutan impak

dan geser tekan dari komposit HDPE - ranting - daun. Data hasil pengujian

selanjutnya dapat disusun menjadi grafik hubungan antara variasi media perendaman

terhadap kekuatan bending, kekuatan impak dan kekuatan geser tekan. Grafik

digunakan untuk melihat pengaruh media perendaman terhadap degradasi penurunan

kekuatan mekanik komposit HDPE - ranting - daun.

4 80

10


commit to user

28

3.7 Diagram Alir Penelitian

Secara umum proses penelitian ini dapat dilihat dalam diagram alir sebagai

berikut:

Gambar 3.8. Bagan tata cara penelitian

Perlakuan awal

Perlakuan awal

Ranting dan daun

SEM

Mulai

Kesimpulan

Mixing serbuk ranting, daun, dan HDPE pada

N= 75rpm, fraksi volume HDPE= 0.3

Penyaringan dengan

mesh 6-10

Crushing

Selesai

HDPE

Crushing

Penyaringan dengan

mesh 30-40

Pengujian

Bending (ASTM D1037), Geser Tekan (ASTM D1037), Impact (ASTM D5941)

Pembuatan Spesimen

Metode Pressured Sintering dengan P=8.7 kPa, T=120ºC,

waktu 10 menit.

Mlai

Perendaman

Waktu perendaman 504 jam (ASTM D5229). Dengan variasi media

perendaman: tanpa perendaman, air laut, air accu zuur, air detergen, air destilasi

Pengukuran Densitas

Pengolahan Data


commit to user

29

3.8 Jadwal Penelitian

No

BULAN

KEGIATAN

1 2 3 4 5 6

1 Mencari referensi

2 Pembuatan proposal penelitian

3 Persiapan alat pembuatan komposit

4 Pelaksanaan penelitian

5 Pengambilan data

6 Analisa data

7 Hasil & kesimpulan penelitian

8 Pembuatan laporan


commit to user

30

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

Dalam penelitian ini dilakukan beberapa pengujian untuk mengetahui

karakteristik mekanik komposit HDPE-Sampah organik dibawah variasi media

perendaman. Pengujian yang dilakukan antara lain pengukuran densitas, water

absorption, bending, geser tekan, dan impact.

4.1 Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah organik

Tabel hasil pengukuran densitas komposit HDPE-Sampah organik variasi

media perendaman dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Densitas komposit HDPE-Sampah organik.

No.spesimen

Dimensi (mm) Berat

(g)

Volume

(mm³)

Densitas

(kg/m³)

Panjang Lebar Tebal

1 194,04 50,16 6,17 27,13 60052,90 451,83

2 194,04 50,15 6,17 27,13 60040,92 451,86

3 194,03 50,14 6,12 26,90 59539,42 451,80

4 195,08 50,17 6,18 27,33 60484,67 451,85

5 194,09 50,16 6,19 27,23 60263,08 451,85

Rata -rata 451,84

Hasil pengukuran densitas menunjukkan nilai densitas yang relatif sama.

Hal ini menunjukkan keseragaman selama proses pembuatan spesimen dengan

metode pressured sintering. Setiap variasi pengujian tidak melampaui standar

deviasi 10 %, sehingga sudah memenuhi standar penelitian. Nilai rata-rata

densitas komposit HDPE-sampah organik adalah 151,84 ⁄ .


commit to user

31

4.2 Pengaruh Media Perendaman Terhadap Water Absorption

Grafik hasil pengukuran water absorption spesimen bending komposit

HDPE-Sampah organik dalam variasi media perendaman dapat dilihat pada

Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Pengaruh media perendaman terhadap water absorption komposit

HDPE-sampah organik

Nilai maksimum water absorption selama perendaman 504 jam diberbagai

media menunjukkan perbedaan namun tidak begitu siknifikan. Perendaman

didalam air destilasi didapatkan nilai 128,46%, air detergen sebesar 129,38%, air

laut sebesar 131,79%, namun pada perendaman didalam air accu zuur

menunjukkan kenaikan yang lebih besar dari pada spesimen yang direndam dalam

media lain yaitu sebesar 132,63%. Air accu zuur adalah larutan yang terbuat dari

campuran asam sulfat (H2SO4) dan air destilasi, kandungan asam ini yang

menyebabkan kerusakan bahan organik (daun dan ranting) terutama daun yang

paling besar selama proses perendaman dibandingkan media perendaman yang

lain. Semakin besar kerusakan yang terjadi membuat ikatan antarmuka melemah

dan menciptakan pori yang lebih banyak, dengan seiring pertambahan pori air

yang diserap juga semakin banyak karena semakin banyak air yang terjebak

didalamnya.

128,46 129,38 131,79 132,63

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Wa

ter

Ab

so

rpti

on

(%

)

Media Perendaman

air destilasi air detergen air laut air aki zuur


commit to user

32

4.3. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Bending

Kekuatan bending komposit dapat diketahui setelah dilakukan pengujian

bending dengan menggunakan Universal Testing Machine dengan metode three

point bending. Hasil pengujian bending dapat dilihat pada gambar 4.2.

Gambar 4.2. Pengaruh media perendaman terhadap kekuatan bending

komposit HDPE-sampah organik.

Secara keseluruhan nilai kekuatan bending spesimen yang direndam

mengalami penurunan dibandingkan spesimen yang tidak mendapatkan perlakuan

perendaman. Nilai kekuatan bending spesimen tanpa perlakuan perendaman

sebesar 4,30 MPa, nilai kekuatan bending setelah direndam dalam air destilasi

mengalami penurunan 38,29% dengan nilai kekuatan bending sebesar 2,64 MPa.

Spesimen yang direndam dalam media air detergen mengalami penurunan 46,74%

dengan nilai kekuatan bending sebesar 2,34 MPa, didalam air laut mengalami

penurunan 55,48% dengan nilai kekuatan bending sebesar 1,91 MPa. Penurunan

kekuatan bending terbesar terdapat pada spesimen yang direndam dalam air accu

zuur sebesar 62,33% dengan nilai kekuatan bending sebesar 1,61 Mpa.

Spesimen yang direndam mengalami penurunan kekuatan dibandingkan

dengan spesimen yang tidak direndam. Hal ini disebabkan selama proses

perendaman terjadi kerusakan bahan organik terutama daun, sehingga

melemahkan ikatan antarmuka HDPE-sampah organik (debonding) yang akan

mempengaruhi ukuran pori semakin besar dan banyak. Tingkat kerusakan ikatan

antarmuka ini dipengaruhi oleh media perendaman, penurunan terbesar dialami

oleh spesimen yang direndam dalam air accu zuur. Kandungan asam sulfat yang

4,30

2.64 2,34

1.91 1.61

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Ke

kuat

an B

en

din

g (M

Pa)

Media Perendaman

tnp perendaman air destilasi air detergen air laut air aki zuur


commit to user

33

tinggi dalam air accu zuur adalah penyebab kerusakan terbesar ikatan antarmuka

HDPE-Sampah organik (debonding), sehingga menciptakan pori yang semakin

besar. Nilai kekuatan bending dipengaruhi oleh pori, karena pori merupakan

tempat awal terjadinya retakan (initial crack). Fakta ini terlihat pada gambar 4.3

merupakan gambar penampang patah bending, dapat dilihat dengan pengamatan

menggunakan foto SEM berikut:

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Gambar 4.3 Pengamatan patah bending : (a) tanpa perendaman; (b) air

destilasi; (c) air detergen; (d) air laut; (e) air accu zuur.

HDPE

Daun

Ranting

HDPE

Daun

Ranting

Ranting

Ikatan antarmuka


commit to user

34

4.4 Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Geser Tekan

Kekuatan geser tekan komposit dapat diketahui setelah dilakukan

pengujian geser tekan dengan menggunakan Universal Testing Machine. Hasil

pengujian geser tekan dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4. Pengaruh media perendaman terhadap kekuatan geser tekan

komposit HDPE-sampah organik

Didalam pengujian geser tekan didapatkan hasil yang menunjukkan

penurunan dibandingkan spesimen tanpa perlakuan perendaman, nilai penurunan

kekuatan berbeda-beda berdasarkan media perendaman. Nilai kekuatan geser

tekan pada perendaman didalam air destilasi dan air detergen menunjukkan

perbedaan yang cukup sedikit, namun nilai perendaman pada air laut dan air accu

zuur mengalami penurunan yang cukup signifikan. Nilai pada air laut mengalami

penurunan 59,56% dengan nilai kekuatan sebesar 0,18 MPa, dan penurunan pada

air accu zuur sebesar 73,18% dengan nilai kekuatan sebesar 0,11 MPa. Hal ini

menunjukkan selama proses perendaman terjadi kerusakan ikatan antarmuka

HDPE-Sampah organik yang menyebabkan luasan ikatan antarmuka HDPE-

Sampah organik semakin mengecil sehingga menurunkan kekuatan geser

tekannya.

0.44

0.28 0.27

0.18

0.11

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Keku

ata

n G

eserT

ekan

(M

Pa)

Media Perendaman

tanpa perendaman air destilasi air detergen air laut air aki zuur


commit to user

35

Gambar 4.5. Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik

setelah pengujian geser tekan.

4.3 Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Impact

Kekuatan impact komposit dapat diketahui setelah dilakukan pengujian

impact. Pengujian impact dilakukan dengan menggunakan alat impact izod. grafik

nilai impact komposit HDPE-sampah organik dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Pengaruh media perendaman terhadap kekuatan impact

komposit HDPE-sampah organik.

5.16

3.40 3.02

2.66 2.06

0

1

2

3

4

5

6

Imp

ac

t (

KJ/m

2)

Media Perendaman

tanpa perendaman air destilasi air detergen air laut air aki zuur


commit to user

36

Gambar 4.6 menunjukkan pengaruh variasi media perendaman terhadap

penurunan kekuatan impact komposit HDPE-sampah organik. Penurunan

kekuatan impak yang terjadi cukup signifikan, penurunan terbesar terjadi pada

spesimen air accu zuur sebesar 60,07% dengan nilai 2.06 KJ/m2. Besar kerusakan

ikatan antarmuka HDPE-Sampah organik mempengaruhi pori semakin besar dan

banyak. Hal ini akan menurunkan kemampuan spesimen untuk menahan energi

atau beban kejut, sehingga kekuatan impact komposit menurun.

Gambar 4.7. Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik

setelah pengujian impact.


commit to user

37

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

1.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang diperoleh dari analisa data, maka dapat

disimpulkan sebagai berikut :

a. Hasil penelitian variasi media perendaman merusak ikatan antarmuka

komposit HDPE-sampah organik, yang menurunkan kekuatan mekanik

komposit HDPE-Sampah organik dibandingkan dengan spesimen yang

tidak direndam.

b. Perendaman dalam air accu zuur mengalami penurunan kekuatan

bending, geser tekan dan impact paling tinggi, diikuti perendaman

dalam air laut, air detergen, dan air destilasi.

1.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengenai variasi media

perendaman terhadap karakteristik mekanik komposit HDPE-Sampah organik,

penulis menyarankan :

a. Dilakukan pengujian semua kandungan kimia yang terkandung dalam

larutan yang dipakai sebagai media perendaman.

b. Pengamatan Diffusion Coefficient water absorption untuk mengetahui

perilaku penyerapan air setiap 24 jam.

pengaruh media perendaman terhadap …/pengaruh... · diagram alir penelitian ... gambar 2.2 simbol...

Documents