pengaruh variasi jarak any aman serat cantula terhadap sifat mekanik (tarik paku...

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

commit to user

PENGATERHA

KEKK

FAKU

ARUH VAADAP SIFAKERASANKOMPOS

ULTAS T

RIASI JAAT MEKAN) DAN KIT SEME

Diajukan SUntuk

S

EKN

JURUSATEKNIK U

SU

i

ARAK ANYANIK (TA

KONDUKTEN SERBU

SKRIPSI

Sebagai Salahk MemperoleSarjana Tekn

Oleh :

KO PURWANIM I14040

AN TEKNIUNIVERSURAKAR

2011

YAMAN ARIK PATIVITAS UK AREN

h Satu Syaraeh Gelar nik

ANTO 015

IK MESINSITAS SEBRTA

SERAT CAKU, TEK

PANAS PN–CANTUL

at

N BELAS M

CANTULAKAN, DAN

PADA LA

MARET

A N

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

commit to user

ii

PENGARUH VARIASI JARAK ANYAMAN SERAT CANTULA TERHADAP SIFAT MEKANIK (TARIK PAKU, TEKAN, DAN KEKERASAN) DAN

KONDUKTIVITAS PANAS PADA KOMPOSIT SEMEN - SERBUK AREN–CANTULA

Disusun oleh

Eko Purwanto NIM I 1404015

Dosen Pembimbing I

Dody Ariawan, ST, MT. NIP. 197308041999031003

Pembimbing II

Ir. Wijang WR,MT. NIP 196810041999031002

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari tanggal

1. Didik Djoko Susilo, ST, MT. ……………………………... NIP. 197203131997021001 2. Teguh Triyono, ST ……………………………... NIP. 197104301998021001 3. Purwadi Joko Widodo, ST, M. KOM. ...............................................

NIP. 197301261997021001

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Didik Djoko Susilo, ST, MT. NIP. 197203131997021001

Koordinator Tugas Akhir

Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT NIP. 19720229 2000121 001

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

commit to user

iii

MOTTO

“Bacalah dengan nama Tuhanmu yang menciptakan. Dia telah menciptakan manusia dari segumpal darah. Bacalah dan Tuhanmulah yang Maha Pemurah. Yang mengajar dengan Qalam. Dialah yang mengajar manusia dari segala yang belum diketahui” (Q.S Al-‘Alaq 1-5).

“Barang siapa menuntut ilmu, maka Allah akan memudahkan baginya jalan menuju surga. Dan tidaklah berkumpul suatu kaum di salah satudari rumah-rumah Allah, mereka membaca kitabullah dan saling mengajarkannya di antara mereka, kecuali akan turun kepada mereka ketenangan, diliputi dengan rahmah, dikelilingi oleh para malaikat, dan Allah akan menyebut-nyebut mereka kepada siapa saja yang ada di sisi-Nya. Barang siapa berlambat-lambat dalam amalannya, niscaya tidak akan bisa dipercepat akan hisabnya” (H.R Muslim)

Apa yang kita dapat tidak lebih dari apa yang kita usahakan, selebihnya

merupakan diluar kekuasaan kita dan merupakan sebuah karunia dariNYA.

Tidak ada yang tidak mungkin.

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

commit to user

iv

PERSEMBAHAN

Karya sederhana ini dipersembahkan untuk :

Ibu, Bapak, yang selalu mendoakan dan keiklasanya juga

kesabaran dalam menanti ananda menyelesaikan study.

Simbah, kakak-kakakku yang selalu memberikan motifasi

untuk selalu berusaha.

Adek – adekku yang selalu ngangeni.

Seluruh Dosen-Dosen dan mahasiswa Teknik Mesin, bantuan,

inspirasi dan dukungannya.

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

commit to user

v

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap rasa syukur alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan hidayah serta inayah-Nya kepada Penulis, sehingga Penulis

dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “PENGARUH VARIASI JARAK

ANYAMAN SERAT CANTULA TERHADAP SIFAT MEKANIK (TARIK

PAKU, TEKAN, DAN KEKERASAN) DAN KONDUKTIVITAS PANAS

PADA KOMPOSIT SEMEN - SERBUK AREN–CANTULA”.

Skripsi ini disusun untuk diajukan sebagai syarat guna memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Penulis menyadari atas keterbatasan kemampuan yang dimiliki, sehingga

Penulis juga menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna.

Oleh karena itu dengan kerendahan hati Penulis mengharap kritik dan saran guna

mengoreksi dan memperbaiki atas kekurangan yang ada sehingga didapat hasil yang

lebih baik. Dengan berbagai keterbatasan itulah, maka Penulis menyadari bahwa

skripsi ini bukan semata-mata disusun berdasarkan kemampuan Penulis sendiri,

melainkan karena mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga penyusunan ini

dapat terselesaikan dengan baik, sehingga pada kesempatan kali ini dengan segala

ketulusan hati dan kerendahan hati penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih

kepada :

1. Bapak Dody Ariawan, ST, MT., selaku Pembimbing Skripsi I yang telah

banyak memberikan bimbingan, dorongan dan masukan yang berharga.

2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT., selaku Pembimbing Skripsi II yang juga

banyak memberikan bimbingan, dorongan dan masukan.

3. Bapak Didik Djoko Susilo ST, MT. selaku selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNS .

4. Bapak Wahyu, ST, MT., selaku Koordinator Skripsi Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik UNS.

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

commit to user

vi

5. Bapak dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS yang telah banyak

menularkan ilmunya.

6. Ibu, Bapak, eyang, adik dan kakakku yang selalu menyayangi, memotivasi dan

selalu mendoakanku.

7. Teman-teman tim komposit Danang Wijayanto(Gembrok), Dwi Masruri(Blink)

dan Ngadiman(Iman) atas bantuan dan masukannya.

8. Yogik Dwi Mustopo, Daryono, Marlon Marlindo, Agus Winoto, serta teman-

teman mahasiswa Teknik Mesin UNS, maju terus pantang mundur.

9. Rekan-rekan Kost Griya Nuansa, yang selalu gaduh dan bikin onar (ayo ndang

dirampungke, selak tuwo).

10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas segala bantuannya

pada penulisan skripsi ini.

Surakarta, Juli 2011

Penulis

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

commit to user

vii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL......................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN........................................................................... ii MOTTO DAN PERSEMBAHAN..................................................................... iii ABSTRAK ........................................................................................................ iv KATA PENGANTAR ...................................................................................... v DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ x DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah .............................................................................. 3 1.3. Batasan Masalah ................................................................................ 3 1.4. Tujuan dan Manfaat ........................................................................... 3 1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................ 3

BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 5 2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................ 5 2.2. Dasar Teori ........................................................................................ 6 2.3. Komponen Penyusun Komposit ......... .............................................. 10

2.3.1 Semen ......... ......................................................................... 10 2.3.2 Serat.................................................................................... .. 12 2.3.3 Air........................................................................................ . 14 2.3.4 Additive................................................................................. 15

2.4. Fraksi Berat Komposit....................................................................... 16 2.5. Sifat Fisik dan mekanik..................................................................... 16

BAB III METODE PENELITIAN..................................................................... 21 3.1. Tempat Penelitan .............................................................................. 21 3.2. Bahan Penelitian ............................................................................... 21 3.3. Alat Penelitan ................................................................................... 21 3.4. Parameter .......................................................................................... 22 3.5. Prosedur Penelitan ............................................................................. 22 3.6. Teknik Analisis Data......................................................................... . 26 3.7. Penyimpulan Hasil Penelitian ............................................................ 27 3.8. Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 28

BAB IV HASIL DAN ANALISIS.................................................................... . 29 4.1. Pengaruh jarak ayaman serat cantula terhadap gaya tarik paku....... 29 4.2. Pengaruh Jarak Anyaman Terhadap Kekuatan Tekan Komposit..... 31 4.3. Pengaruh Jarak Anyaman Terhadap Kekerasan Pada Komposit...... 32 4.4. Pengaruh Jarak Anyaman Terhadap konduktivitas panas Komposit. 33

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

commit to user

viii

BAB V KESIMPULAN ..................................................................................... 35 5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 35 5.2. Saran .................................................................................................. 35

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 37 LAMPIRAN ....................................................................................................... 40

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

commit to user

ix

DAFTAR TABEL

Tabel. 2.1. Susunan unsur semen Portland biasa…………………………………... 11 Tabel. 2.2. Komposisi serat cantula……………………………………………………… 13 Tabel. 4.1. Gaya tarik paku………………………………………………………… 29 Tabel. 4.2. Nilai Konduktivitas Panas……………………………………………… 34

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

commit to user

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Ikatan pada komposit ................................................................. …….. 7 Gambar 2.2. Continous fiber composie ……………………………………… . …….. 8 Gambar 2.3. Woven fiber composite .................................................................. …….. 8 Gambar 2.4. Anyaman 2D dan 3D .................................................................. …….. 8 Gambar 2.5. Chopped fiber composite ............................................................... …….. 9 Gambar 2.6. Hybrid composite .......................................................................... …….. 9 Gambar 2.7. Particulate Composites ……………………………………….............. 9 Gambar 2.8. Laminated Composites …………………............................................... 10 Gambar 2.9. Skema uji tarik paku …………………………………………………. 17 Gambar 2.10. Skema pengujian tekan ……………………………………………... 18 Gambar 2.11. Skema pengujian kekerasan brinell ………………………………… 19 Gambar 2.12. Distribusi temperature T(x) dan aliran panas oleh konduksi melalui

sebuah slab……………………………………………………………. 20

Gambar 3.1. Dimensi sepesimen uji tarik paku.......................................................... 25 Gambar 3.2. Dimensi spesimen uji tekan ………….................................................. 25 Gambar 3.3. Dimensi spesimen kekerasan brinell...................................................... 25 Gambar 3.4. Skema pengujian perpindahan panas .................................................... 26 Gambar 3.5. Dimensi spesimen uji konduktivitas panas …………........................... 26 Gambar 3.6. Diagram alir penelitian.......................................................................... 28 Gambar 4.1. Grafik hubungan jarak anyaman dengan gaya tarik paku............................ 29 Gambar 4.2. Nilai gaya tarik paku beberapa material.......................................................... 30 Gambar 4.3. Grafik hubungan jarak anyaman serat cantula terhadapkekuatan tekan.......... 31 Gambar 4.4. Grafik hubungan jarak anyaman terhadap kekerasan brinell........................... 32 Gambar 4.5. Grafik hubungan jarak anyaman serat cantula terhadapKonduktivitas

Panas............................................................................................................... 33

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

commit to user

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1: Data Uji Tarik Paku ..................................................................... 35 Lampiran 2: Data Uji Kekuatan Tekan ............................................................ 36 Lampiran 3: Data Uji Kekerasan...................................................................... 37 Lampiran 4: Data Uji Konduktivitas Panas ..................................................... 38

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

commit to user

xii

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi jarak

anyaman serat cantula terhadap gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan, dan

konduktivitas panas pada komposit semen serbuk aren cantula.

Komposit terdiri dari semen dan serbuk aren sebagai matrik, serat cantula

sebagai penguat dan CaCl2 sebagai additive. Proses pembuatan komposit

menggunakan metode tekan, dengan jarak anyaman serat cantula (1cm, 1,5cm, 2cm,

2,5cm). Pengujian tarik paku, kekuatan tekan, dan kekerasan mengacu pada ASTM D

1037, sedangkan pengujian konduktivitas panas pada ASTM E 1225.

Hasil pengujian menunjukkan nilai gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan

dan konduktivitas panas meningkat seiring dengan bertambahnya jarak anyaman serat

cantula. Gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan dan konduktivitas panas

mencapai nilai tertinggi pada jarak anyaman 2,5 cm, berturut-turut sebesar 261,4 N,

69,03 MPa, 14,63 BHN, dan 0,253 W/m.0K.

Kata kunci : komposit semen, gaya tarik paku, konduktivitas panas, aren, cantula

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

commit to user

xiii

ABSTRACT

The aim of this research was to investigate the distance effect of cantula fiber

woven on nail withdrawal, compression strength, hardness and the thermal

conductivity of cement arenga pinnata-cantula composite.

The composites consist of cement and arenga pinnata as the matrix, cantula

fiber as reinforcement and CaCl2 as the additive. Composite manufacturing process

was using press method, and the distance of cantula fiber woven were 1 cm, 1,5 cm, 2

cm, and 2,5 cm. Nail withdrawal test, compression strength, and hardness test refers

to ASTM D 1037. And thermal conductivity test accord to ASTM E 1225.

It was observed that increasing distance of cantula fiber woven would

increased the value of nail withdrawal, compression strength, hardness and thermal

conductivity. The maximum value of nail withdrawal, compression strength,

hardness, and thermal conductivity reached at 2,5 cm, where nail withdrawal is

261,4N, compression strength is 69,03 MPa, hardness is 14,63 BHN, and thermal

conductivity is 0.253 W/m.0K.

Key words: cement composite, nail withdrawal, thermal conductivity, arenga pinnata,

cantula

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

commit to user

1 

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Sepanjang tahun 2009 industri kayu Indonesia belum menggembirakan,

terutama terkait dengan pasokan bahan baku yang semakin menurun. Berdasarkan

data Masyarakat Perkayuan Indonesia (MPI), selama 8 tahun terakhir hingga

2008, sebanyak 105 industri kayu lapis di Indonesia bangkrut yang disebabkan

tidak adanya permintaan ekspor dan bahan baku dari hutan yang semakin menipis.

Akibatnya 300.000 pekerjanya kehilangan pekerjaan. Pengusaha Panel Kayu

Indonesia (Apkindo) Abbas Adhar mengatakan “nilai ekspor panel kayu nasional

hingga akhir 2009 tercatat USS 839.000, turun tajam dibandingkan dengan nilai

ekspor 2008 sebesar US$1,3 miliar”. Menurut Abbas, volume produksi kayu

panel 2009 tercatat 2,1 juta m3, sedangkan jumlah produksi kayu panel 2008

mencapai 2,9 juta m3 (Sihombing, 2009).

Aren (Arenga Pinnata) merupakan tanaman serba guna. Tanaman palma

daerah tropis basah ini beradaptasi dengan baik pada berbagai agroklimat, mulai

dari dataran rendah hingga daerah berketinggian 1400 m di atas permukaan laut.

Dalam industri pembuatan papan semen, dibutuhkan material penguat yang

mempunyai sifat kekuatan yang tinggi, elastis dan diameter serat seragam. Serat

aren berbeda dengan serat kayu, serat aren bersifat elastis, jaringan formasinya

tampak lebih homogen. Dalam hal ini serat aren memenuhi kriteria di atas.

(Astuti, 2006).

Serat cantula adalah serat alam yang berasal dari ekstraksi daun tanaman

Agave Cantula Roxb. Tanaman ini banyak tumbuh di daerah Kulonprogo, DIY

sampai dengan Temanggung, Jawa Tengah. Serat cantula berdasarkan hasil

penelitian Badan Penelitian dan Pengembangan Industri Departemen

Perindustrian Yogyakarta, mempunyai kandungan selulose sekitar 64,23%,

sehingga berpotensi sebagai bahan penguat komposit (Raharjo, 2003).

Ganjian E, dkk, (2010) Dalam penelitiannya mengungkapkan bahwa lebih

dari dua dekade Cement Composite Boards (CCB) yang terbuat dari serat alam

tanpa asbestos telah dikembangkan di beberapa negara berkembang untuk dinding

internal maupun eksternal, atap, lantai dan juga langit-langit. Penggunaan serat

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

commit to user

2 

alam yang tepat memungkinkan pengembangan produk baru dengan teknologi

baru. Semuanya tergantung pada tipe serat yang digunakan, jumlah rasio

pencampuran, penambahan additive, dan juga metode proses dan pembuatan.

Selulosa yang terkandung dalam serat alam memiliki efek yang menguntungkan

baik secara fisik maupun mekanik.

D’Almeida, dkk (2008) melakukan penelitian tentang penggunaan serat

curaua sebagai penguat dalam komposit semen. Campuran matrik terdiri dari

semen , pasir dan air yang mempunyai perbandingan semen: pasir: air sebesar 1:

1: 0,4. Material semen dan pasir dicampur bersama dalam keadaan kering selama

30 detik sementara aditif superplasticizer dilarutkan dalam air. Semua bahan

kemudian diampur jadi satu dan diaduk selama 3 menit agar campuran homogen.

Pada proses pencetakan, matrik dituang dalam cetakan baja, satu lapis anyaman

serat unidirectional. Kemudian cetakan ditutup dengan diberi tekanan 0 dan 3

Mpa.

Sandi, dkk, (2008) melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan

anyaman serat bambu dengan variasi jarak anyaman yaitu (5 mm, 10 mm, 15 mm,

20 mm, dan 25 mm) terhadap kuat tekan, lentur dan tarik papan partikel. Matrik

terdiri dari serbuk gergaji kayu sengon dan menggunakan perekat urea

formaldehyde sebaanyak 15% sebagai variabel kontrol. Nilai tarik papan partikel

yang diteliti masuk dalam klasifikasi papan partikel tipe rendah, dan nilai kuat

tekan papan partikel, masuk dalam klasifikasi papan partikel tipe sedang.

Sedangkan nilai kuat lentur dan tarik menurun seiring bertambahya jarak

anyaman.

Paku merupakan pengikat mekanik yang paling banyak digunakan pada

konstruksi kayu, gaya tarik paku pada setiap kayu akan berbeda bergantung pada

densitas kayu, diameter paku dan kedalaman penetrasi paku pada kayu (Gilbert,

2007).

Pada penelitian kali ini serat yang digunakan adalah serat cantula sebagai

serat panjang dan serbuk aren sebagai filler yaitu hasil limbah produksi tepung

aren sebagai material pembuatan komposit dengan pertimbangan bahwa serat

mempunyai sifat elastis, diameter yang seragam, dan relatif murah. Penelitian

tentang komposit semen ini diharapkan akan melengkapi kekurangan dari material

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

commit to user

3 

yang sudah ada. Jika penelitian ini berhasil, maka akan didapatkan sifat komposit

semen-serat yang optimal sebagai pengganti kayu

1.2. Rumusan Masalah

Dari uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut

bagaimana pengaruh variasi jarak anyaman serat cantula pada komposit semen

CaCl2 serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadap karakteristik sifat mekanik (gaya

tarik paku, kekuatan tekan, dan kekerasan) dan fisiknya konduktivitas panas.

1.3. Batasan Masalah

Sesuai dengan tujuan penelitian dan lebih memudahan dalam penelitian

maka perlu adanya batasan-batasan masalah sebahgai berikut :

1. Penelitian ini hanya mengkaji karakteristik komposit semen serbuk aren

berupa gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan dan sifat fisik yaitu

konduktivitas panas.

2. Matrik komposit dianggap homogen.

3. Diameter cantula dianggap homogen.

1.4. Tujuan dan Manfaat

Tujuan utama dari penelitan ini adalah :

Meneliti pengaruh jarak anyaman serat cantula pada komposit semen-

serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadap gaya tarik paku, kekuatan tekan,

kekerasan dan konduktivitas panas.

Manfaat Penelitian :

1. Dapat mengetahui pengaruh jarak anyaman serat cantula pada komposit

semen-serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadap gaya trik paku, kekuatan

tekan, kekerasan, dan konduktivitas panas.

2. Sebagai salah satu alternatif mengurangi dampak lingkungan yang

disebabkan limbah serat aren yang tidak termanfaatkan, untuk bahan

baku pembuatan hardboard atau bahan pengganti kayu.

1.5. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

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

commit to user

4 

BAB I : Pendahuluan, berisi latar belakang masalah, tujuan dan manfaat

penelitian, perumusan masalah, batasan masalah serta sistematika

penulisan.

BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan

penelitian dan teori-teori yang berhubungan dengan komposit

semen-aren.

BAB III : Metodologi penelitian, berisi peralatan yang digunakan, langkah-

langkah percobaan dan prosedur pengujian.

BAB IV : Data dan analisa, berisi data hasil pengujian, perhitungan data

hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dari penelitian dan saran-saran

bagi peneliti selanjutnya.

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

commit to user

5  

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Material komposit dalam bentuk komposit panel telah banyak digunakan

untuk berbagai aplikasi sruktural maupun non struktural, seperti untuk furniture

dan struktur pada gedung ( Youngquist, dkk, 1997). Serat alam sebagai filler

komposit polimer mulai banyak digunakan sebagai pengganti filler sintetik dalam

kehidupan sehari – hari, mengingat serat alam ini mempunyai banyak kelebihan

dibanding serat buatan. Kelebihan-kelebihan utama menggunakan serat alam

sebagai filler yaitu densitasnya rendah, mudah diuraikan alam, sehingga

menghasilkan sifat kekakuan yang tinggi, tidak mudah patah, jenis dan variasinya

banyak hemat energi dan murah (Rowell, dkk, 1997).

Joseph dkk (2000) melakukaan penelitian tentang pengaruh ukuran serbuk,

perbandingan berat semen dan densitas pada komposit semen serbuk kelapa dan

durian terhadap konduktivitas panas. Hasil pengujian spesimen menunjukan

semakin besar ukuran serbuk nilai konduktivitas panas semakin menurun dan

semakin banyak jumlah semen yang terdapat pada komposit nilai konduktivitas

semakin meningkat. Pada perbandingan konduktivitas panas terhadap nilai

densitas komposit, nilai konduktivitas panas meningkat seiring bertambahnya

nilai densitas. Dari penelitian ini disimpulkan, semakin banyak jumlah rongga

yang terdapat pada spesimen maka nilai konduktivitas panas semakin rendah.

Besarnya nilai konduktivitas panas spesimen dipengaruhi oleh densitas dari

spesimen itu sendiri.

Stobbe D dan Mohamed M, (2003) melakukan penelitian lamina yang

dibuat dari anyaman serat (mats) 3D memiliki kekuatan serta kakakuan desak,

tarik, lengkung yang baik. Keuntungan dari material komposit yang dibuat

memakai anyaman serat meliputi butuh lapisan lebih sedikit, penyerapan resin

cepat sehingga proses pembuatan lebih cepat, mempunyai kekuatan tarik dan

desak lebih tinggi.

Sebuah penelitian tentang core sampah kota, didapatkan bahwa nilai

densitas, kekuatan tarik, kekuatan desak, dan kekuatan geser komposit naik

seiring dengan bertambahnya tekanan pengepresan. Pada pengamatan foto SEM

5 

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

commit to user

6  

menunjukkan semakin meningkat tekanan pengepresan maka ikatan antar

materialnya juga semakin meningkat (Arofah, 2008).

Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas, konduktivitas panas dan

kekuatan bending komposit meningkat seiring bertambahnya tekanan

pengepresan. Densitas, konduktivitas panas dan bending mencapai nilai tertinggi

pada tekanan pengepresan 88kg/cm2, berturut-turut sebesar 1.57 gr/cm3, 0.297

W/m0c dan 12.14 kg/cm2. Permukaan patah uji bending komposit diamati

menggunakan scanning electron microscope dan terlihat bahwa ikatan antarmuka

matrik dan filler mempunyai ikatan yang baik (Indarto, 2010).

(Ariawan dkk, 2010) melakukan penelitian pengaruh kandungan CaCl2

terhadap kekuatan bending komposit semen-aren. Dimana semakin tinggi

kandungan CaCl2 maka kekuatan bending, dan densitas komposit semen-aren juga

semakin meningkat. Kekuatan bending tertinggi terdapat pada komposit dengan

kandungan 10% CaCl2 sebesar 135 Mpa. Selain itu pengamatan SEM diketahui

bahwa uji pada komposit dengan kandungan 10% CaCl2 terjadi pemadatan matrik

yang lebih tinggi dari pada kandungan 0%.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa densitas, kekuatan bending, dan

kekuatan tarik paku komposit naik seiring dengan bertambahnya tekanan

pengepresan. Densitas, kekuatan bending dan kekuatan tarik paku mencapai nilai

tertinggi pada tekanan pengepresan 88kg/cm, berturut-turut sebesar 0.8805gr/cm,

15.97Mpa dan 370N, (Hakim, 2008).

2.2. Dasar Teori

Schwartz (1984) mendefinisikan 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. Jadi komposit adalah suatu

bahan yang merupakan gabungan atau campuran dari dua material atau lebih pada

skala makroskopis untuk membentuk material ketiga yang lebih bermanfaat.

Komposit dan alloy memiliki perbedaan dari cara penggabungannya yaitu apabila

komposit digabung secara makroskopis sehingga masih kelihatan serat maupun

matriknya (komposit serat) sedangkan pada alloy / paduan digabung secara

mikroskopis sehingga tidak kelihatan lagi unsur-unsur pendukungnya ( Jones,

1975).

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

commit to user

7  

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:

1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat sulit dibentuk tetapi

lebih kaku serta lebih kuat.

2. Matrik, umumnya mudah dibentuk tetapi mempunyai kekuatan dan

kekakuan yang lebih rendah.

Dikarenakan terdiri dari unsur yang berbeda dan digabung, maka tentu ada

daerah-daerah yang berbatasan. Daerah tersebut disebut dengan interface.

Sedangkan interphase merupakan daerah ikatan antara material penyusun

komposit.

Gambar 2.1 Ikatan pada komposit (George, dkk, 1995)

Dari uraian tersebut di atas, maka aspek yang yang penting dalam

penunjukan sifat-sifat mekanis dari komposit tersebut adalah optimasi dari ikatan

interfacial antara fiber dan polimer (matrik) yang digunakan (Schwart, MH,1984).

Ikatan antara fiber dengan matriks dipengaruhi langsung oleh reaksi yang

terjadi antara matrik dengan fiber. Dengan kata lain transfer beban/ tegangan

diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi. Adhesi yang kuat

diantara permukaan antara matriks dengan fiber, diperlukan untuk efektifnya

perpindahan dan distribusi beban melalui permukaan ikatan (George, dkk. 1995).

Berdasarkan bentuk komponen strukturalnya, bentuk-bentuk komponen

utama yang digunakan dalam material komposit dapat dibagi atas tiga kelas

(Schwartz, 1984), yaitu:

1. Fibrous Composites ( Komposit Serat )

Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau

satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang

digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly

INTERFACE

MATRIKS

SERAT INTERPHASE

(BONDING AGENT)

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

commit to user

aramid

dengan

kompl

K

menjad

diantar

a. C

b.

H

compo

kompo

terlebi

dipaka

mudah

tarik d

de), dan se

n orientasi

lek seperti an

Kebutuhan

dikan komp

ranya:

Continous fi

Gamba

Woven fiber

Gamba

Herakovich,

osites’ Komp

osit tekstil,

ih dahulu m

ai dalam apli

h dibuat kare

dan kekakuan

(a) Anyam

(b) Anyam

Gam

(a) 

ebagainya. F

tertentu ba

nyaman.

akan penem

posit serat

iber composi

ar 2.2 continou

composite (

ar 2.3. woven

(1998),

posit woven

adalah kom

menjadi mats

ikasi. Hal in

ena sudah te

n yang baik.

man 2D

man 3D

mbar 2.4. (a) a

Fiber ini bi

ahkan bisa

mpatan sera

dibedakan

ite (komposi

us fiber comp

(komposit di

fiber compos

dalam bu

fabrics, ata

mposit deng

s. Komposit

ni di sebabka

ersedia mats

Variasi any

anyaman 2D (

isa disusun

juga dalam

at dan arah

lagi menj

it diperkuat d

posie (gibson,

iperkuat den

site (gibson, 1

ukunya ‘Me

au saat ini p

gan serat ya

t jenis ini te

an karena ko

s-nya serta m

yaman ( mats

(b) anyaman 3

(b

secara aca

m bentuk y

h serat yan

jadi bebera

dengan serat

1994)

ngan serat an

1994)

Mechanics o

opuler deng

ang sudah

ermasuk pal

omposit jeni

memiliki sifa

s ) yang ada

3D

b) 

8

ak maupun

yang lebih

ng berbeda

apa bagian

t kontinyu)

nyaman )

of fibrous

gan sebutan

direkayasa

ling sering

s ini relatif

at kekuatan

:

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

commit to user

c. C

d. H

2. Par

M

pengua

3. Lam

M

digabu

sendiri

Chopped fib

Gambar

Hybrid comp

Gam

rticulate Com

Merupakan

atnya dan te

minated Com

Merupakan j

ung menjad

i.

er composite

r 2.5. chopped

posite (komp

mbar 2.6. Hyb

mposites ( K

komposit y

erdistribusi s

Gambar 2.7.

mposites ( Ko

jenis kompo

di satu dan

e (komposit

d fiber compo

posit diperku

brid composite

Komposit Par

yang mengg

ecara merata

. Particulate C

omposit Lam

osit yang ter

setiap lapi

diperkuat se

osite (Gibson

uat serat kon

e (Gibson 199

rtikel )

gunakan pa

a dalam matr

Composites

minat )

rdiri dari dua

snya memil

erat pendek /

1994)

ntinyu dan se

94)

artikel serbu

riknya.

a lapis atau

liki karakte

9

/acak )

erat acak).

uk sebagai

lebih yang

eristik sifat

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

commit to user

10  

Gambar 2.8. Laminated Composites

2.3. Komponen Penyusun Komposit

2.3.1 Semen

Semen tersusun dari batu kapur/gamping adalah bahan alam yang

mengandung senyawa kalsium oksida (CaO), lempung/tanah liat adalah

bahan alam yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2), aluminium

oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3) dan magnesium oksida (MgO). Untuk

menghasilkan semen, Campuran dari bahan tersebut di atas selanjutnya

dibakar dalam tanur baker bertemperatur 1300° C - 1400° C, sehingga

diperoleh butir-butir clinker. Kemudian clinker digiling halus secara

mekanis sambil ditambah gibs. Hasilnya berbentuk tepung kering yang

dimasukkan dalam kantong-kantong semen yang pada umumnya

mempunyai berat 40 – 50 kg.

Nama “Portland Cement” diusulkan oleh Joseph Aspdin pada tahun

1824. Nama itu diusulkan karena bentuk bubuk yang dicampur dengan air,

pasir dan batu-batuan yang ada di pulau Portland, Inggris. Pertama kali

semen portland di produksi (dengan pabrik) di Amerika Serikat oleh David

Saylor dikota Coplay, Pennsylvania, pada tahun 1875

(http://id.wikipedia.org/wiki/Semen).

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

commit to user

11  

Tabel 2.1. Susunan unsur semen Portland biasa (Tjakrodimuljo, 1996)

Oksida Persen (%)

Kapur (CaO)

Silica (SiO2)

Alumina ( Al2 O3)

Besi (Fe2 O3)

Magnesia (MgO)

Sulfur (SO3)

Soda / potash (Na2 O + K2 O )

60-65

17-25

3-8

0,5-6

0,5-4

1-2

0,5-1

Rasio air terhadap semen sangat mempengaruhi sifat-sifat semen.

Pasta semen memiliki volume tinggi yang konstan. Volume ini akan

bertambah besar dengan meningkatnya rasio air terhadap semen dalam

campuran mula-mula. Suatu set semen bersifat porus dan mengandung

lubang-lubang air yang amat kecil (10-20 Angstrom) maupun lubang-lubang

dengan ukuran amat besar (1 mikrometer). Hubungan antar kapiler-kaplier

yang terdapat di dalamnya sangat mempengaruhi permeabilitas (kemudah

tembusan oleh air) dan vulnerabilitas (ketahanrusakan) semen. Adanya

interkoneksi antar pori-pori kapiler tentunya harus dihindari, karena

melemahkan kekuatan semen. Keadaan ini bisa tercapai apabila ada waktu

yang cukup bagi pasta semen yang cukup rendah. Untuk rasio air-semen

sebesar 0,4 biasanya perlu waktu 3 hari, sedang untuk rasio air-semen 0,7

waktu yang diperlukan sekitar 1 tahun (West, 1984).

Sesuai dengan tujuan pemakaiannya, semen portland di Indonesia

(SII 0013-81) dibagi menjadi 5 jenis, yaitu :

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

commit to user

12  

Jenis I : Semen portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan

persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-

jenis lain.

Jenis II : Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan

ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.

Jenis III : Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan

kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan terjadi.

Jenis IV : Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan

panas hidrasi yang rendah.

Jenis V : Portland yang dalam penggunaannya memerlukan keta-

hanan tinggi terhadap sulfat

2.3.2 Serat Alam

Komposit yang mengunakan semen memiliki beberapa kelemahan

yaitu mudah patah/rapuh dan memiliki kekutan tarik yang lemah. Untuk

mengatasi kelamahan yaitu dengan menambahkan serat sebagai filler atau

pengisi dalam campuran semen. Dengan penambahan serat alam pada

komposit semen dapat meningkatkan kekuatan tarik, keuletan dan

ketangguhan. Karakteristik mekanik maupun fisik material komposit semen

dengan penguat serat alam tergantung pada beberapa faktor antaralin: sifat

matrik, perbandingan komposisi matrik dan material pengisinya, ukuran

serat, jenis serat dan penyebaran serat (Balaguru, 1992).

Menurut Rowell dkk (2000), secara umum serat tumbuhan hampir

sama atau mirip dimana tersusun dari tiga komponen utama, yaitu selulosa,

hemiselulosa, lignin ditambah bahan-bahan lain. Dalam penelitian ini

menggunakan dua serat alam yaitu.

a. Serat cantula

Serat cantula diperoleh lewat ekstrasi daun tanaman agave cantula

Roxb. Tanaman cantula tidak memiliki batang yang jelas, dan

memiliki daun yang kaku dengan panjang 100-175 cm dengan duri

disepanjang tepi daunnya.

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

commit to user

13  

Saat ini, serat alam mulai mendaptkan perhatian yang serius dari para

ahli material komposit karena:

a) Serat alam memiliki kekutan spesifik yang tinggi karena serat alam

memiliki berat jenis yang rendah.

b) Serat alam mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam

yang dapat diolah kembali, harganya relatif murah, dan tidak

beracun.

Dari hasil penelitian badan penelitian dan pengembangan industri

Departemen Perindustrian Yogyakarta diketahui kandungan atau

komposisi rata- rata serat cantula sebagaimana data dalam tabel 2.2

Tabel 2.2. sifat serat cantula

Komposisi Kadar (%)

Hemiselulosa 9,45

A-selulosa 64,23

Lignin 5,91

Abu 4.98

Ekstrakting Alkohol Benzena 3.38

Kadar Air Alkohol Benzena 11,95

Tanaman Cantula meliliki kandungan selulosa yang cukup tingi, yakni

64,23% hal ini menunjukkan bahwa serat ini berpotensi sebagai bahan

penguat komposit.

b. Serat Aren

Aren atau enau (Arenga pinnata) adalah palma yang terpenting setelah

kelapa karena merupakan tanaman serba guna. Pohon aren merupakan

tanaman daerah tropis, dapat tumbuh dengan baik pada dataran rendah

hingga ketinggian 1.400 m di atas permukaan air laut dan tersebar di

India, Malaysia, Indonesia, Filipina. Luas lahan aren di Indonesia

pada tahun 2002 adalah sekitar 47.730 ha, yang terdapat di daerah

Sumatera Utara, Nanggroe Aceh Darussalam, Sumatera Barat,

Bengkulu, Jawa Barat, Banten, Jawa Tengah, Kalimantan Selatan, dan

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

commit to user

14  

Sulawesi Selatan (Warta penelitian dan pengembangan pertanian,

2009).

Dari seluruh bagian pohon aren dapat dimanfaatkan baik dari buah,

daun, nira, dan batangnya dapat diambil sari patinya untuk dijadikan

tepung aren. Salah satu pusat Industri yang mengolah pohon aren

menjadi tepung aren terdapat di Desa Daleman, Kecamatan Tulung,

Kabupaten Klaten, Jawa Tengah. Dari pengolahan tepung aren

menghasilkan limbah padat yang dimanfaatkan sebagai media untuk

menanam jamur dan pakan ternak, sedangkan yang berbentuk serat

digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak dan selebihnya

dibuang (Mayriana, dkk, 2005).

2.3.3 Air

Air dalam campuran komposit mempunyai fungsi memungkinkan

terjadinya reaksi kimiawi dengan semen yang menyebabkan pengikatan dan

berlangsungnya pengerasan, untuk membasahi agregat (butiran material

alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran mortar atau

semen), dan melumasi agregat agar mudah dikerjakan pada saat pembentuk

komposit (semen, aren, dan additive CaCl2).

Untuk berreaksi dengan semen air yang diperlukan hanya sekitar 25%

dari berat seman, dalam beberapa kondisi nilai faktor air dan semen yang

kurang dari 0.35 mengakibatkan komposit menjadi kering dan sukar

dipadatkan. Tetapi tambahan air sebagai pelumas ini tidak boleh terlalu

banyak, karena kekuatan komposit akan rendah dan komposit akan porous

(Tjakrodimuljo, 1996).

Tjakrodimuljo (1996) menyatakan bahwa kekuatan komposit dan daya

tahannya akan berkurang jika air mengandung kotoran. Air yang digunakan

untuk membuat komposit sebaiknya memenuhi syarat sebagai berikut:

a. Tidak mengandung lumpur atau benda-benda melayang lainya.

b. Tidak mengandung garam, asam, dan zat organik.

c. Tidak mengandung klorida dan sulfat.

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

commit to user

15  

2.3.4 Additive

Additive adalah bahan yang ditambahkan ke dalam adukan

mortar/pasta sebelum atau selama proses pengadukan untuk mengubah sifat

dari mortar/pasta karena alasan tertentu. Bahan tambahan berkisar pada

bahan kimia sampai pada penggunaan bahan buangan yang dianggap

potensial (Susanto, 2009).

Zat additive yang digunakan dalam penelitian ini adalah kalsium

klorida yang merupakan senyawa garam yang mempunyai sifat larut dalam

air dan mempunyai sifat fisik seperti kristal garam dapur bewarna putih.

Kalsium klorida dengan rumus CaCl2.6H2O berbentuk kristal yang sangat

higroskopis dan mudah larut dalam air dan alkohol.

Kalsium klorida mempunyai sifat fisik antara lain:

a. Berupa kristal garam bewarna putih

b. Ukuran butir seperti garam dapur

c. Dapat dilarutkan dalam air

Sedangkan sifat kimia kalsium klorida diperoleh dari reaksi sebagai

berikut:

Ca(OH)2 (aq) + 2HCl(aq) → CaCl2 (s) + 2H2O(l)

Kemudian dalam air kalsium klorida akan mengion karena merupakan

garam elektrolit:

CaCl2 → Ca2+ + 2Cl –

Dengan dosis 5% CaCl2 dapat digunakan untuk memperlambat

pematangan buah mangga selama 1-2 hari, dapat digunakan sebagi

pengawet makanan yaitu pada daging yang diasinkan, dalam dunia farmasi

sebagi sumber zat kapur, Kalium nitrat juga digunakan sebagai pupuk,

sebagai model bahan bakar rocket (Hasyim, 2009).

Penambahan zat additive CaCl2 pada pasta semen mampu

meningkatkan proses hidrasi/pengerasan semen hal ini terjadi karena

adanya faktor kecocokan antara unsur-unsur kalsium yang terkandung

dalam semen dan dalam additive CaCl2 (Hachmi, 1990).

LingFei Ma (2000) melakukan penelitan tentang pengaruh

penambahan zat additive CaCl2 sabesar (0%, 2.5%, 5%, 10% dan 15%)

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

commit to user

16  

terhadap temperatur hidrasi pada pasta semen-bambu dan modulus of

rupture (MOR). Semakin banyak presentase CaCl2 yang ditambahkan pada

pasta semen-bambu dapat meningkatakan temperatur hidrasi. Semakin

tinggi temperatur hidrasi dapat mempercepat pengerasaan semen dan dapat

meningkatakan modulus of rupture (MOR) yaitu 27.4 kgf/cm2 untuk

penambahan CaCl2 sebesar 5% menjadi 172.4 kgf/cm2 dengan penambahan

CaCl2 sebesar 15%. Sifat mekanis suatu bahan selain dipengaruhi oleh

dimensi partikel juga dipengaruhi oleh adanya zat additive, karena hidrasi

semen tidak cukup pada additive yang rendah untuk mendapatkan sifat

mekanis yang memuaskan.

2.4 Fraksi Berat Komposit

Fraksi berat adalah perbandingan antara berat material penyusun

dengan berat komposit. Fraksi berat material penyusun dapat dihitung

dengan persamaan:

wi =WcWi …………………………………………………………..(2.1)

dimana:

wi : fraksi berat, i, material penyusun

Wi : berat material penyusun, gr

Wc : berat komposit, gr

2.5 Sifat Fisik dan Mekanik

Pengujian yang dilakukan terhadap spesimen adalah pengujian

mekanik dan pengujian fisis. Pengujian mekanik yang dilakukan adalah

pengujian tarik paku , pengujian kuat tekan, dan pengujian kekerasan ,

sedangkan pengujian fisik yang dilakukan adalah pengujian konduktivitas

panas. Pada pengujian spesimen ini mengacu pada standar pengujian

ASTM.

a. Uji tarik paku komposit

Pengujian ini bertujuan untuk mendapat nilai gaya tarik paku material

ini dengan membandingkannya beberapa material, dalam hal ini yaitu

material kayu jati, multiplek dan Mediun Density Fiberboard (MDF).

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

commit to user

17  

Gambar.2.9. skema uji tarik paku.

b. Uji Tekan

Kuat tekan adalah salah satu tolak ukur penting sesuai yang

disyaratkan di dalam SNI (Standar Nasional Indonesia), ASTM

(American Standard for Testing Materials), dan BS (British

Standard). Pengujian tekan ini meggunakan standart ASTM D-1037

(Tensile strengh paralel to surface). Pengujian tekan dilakukan

dengan memakai mesin UTM (Universal Testing Mechine) dimana

spesimen ditekan sampai spesimen ada tanda-tanda retak. Pengukuran

nilai kekuatan tekan menggunakan rumus sebagai berikut:

APmaks

=σ …….….................................................................(2.2)

Dimana:

σ = Kuat tekan (kg/cm2)

P maks = Beban maksimum (kg)

A = luas penampang (cm2)

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

commit to user

18  

Yang mana untuk skema pembebanan dapat diihat pada gambar 2.10.

Gambar.2.10. skema pengujian tekan.

c. Uji Keras

Pengujian kekerasan ini meggunakan standar ASTM D-1037 (Tensile

strengh paralel to surface). Pengujian kekerasan (brinell) dilakukan

dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball)

dengan beban dan waktu indentasi tertentu. Karena pengujian ini akan

menunjukkan karakter elastik-plastik dari suatu material secara lebih

detail karena daerah yang mengalami deformasi dibawah indentor

lebih akan meluas. Pengujian brinell juga menunjukkan hubungan

kekerasan dengan kekuatan yang paling linier jika dibandingkan

dengan pengujian indentasi lainnya. Hasil penekanan adalah jejak

berbentuk lingkaran bulat. Pengukuran nilai kekerasan suatu material

diberikan oleh rumus:

……………….……......................(2.3)

Dimana:

P = beban (kg)

D =diameter indentor (mm)

d =diameter jejak (mm)

Spesimen

Plat Landasan

Plat Landasan

Arah Penekanan

))(2(2

22 dDDDPBHN

−−=

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

commit to user

19  

Untuk skema pembebanan uji keras dapat diihat pada gambar 2.11:

Gambar 2.11. Skema Pengujian Kekerasan Brinell.

d. Uji Konduktivitas Panas

Ada tiga cara menghantarkan panas dari satu bagian ke bagian yang

lain, yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan

panas/kalor yang terjadi pada bahan komposit adalah perpindahan

panas konduksi. Perpindahan panas konduksi atau hantaran adalah

perpindahan energi yang terjadi pada medium yang diam (padat atau

zat yang dapat mengalir) apabila ada gradien temperatur dalam

medium tersebut (Istanto, 2009).

Hukum Fourier menyatakan bahwa laju perpindahan panas dengan

sistem konduksi dinyatakan dengan:

a) Gradien temperatur dalam arah x dinyatakan dengan dT/dx

b) Luas perpindahan panas arah normal pada arah aliran panas

dinyatakan dengan A

Aliran panas pada arah x dinyatakan dengan:

dxdTkAQx −= ..............................................................................(2.4)

Dimana:

Qx : laju perpindahan panas pada posisi arah x, dalam arah normal

terhadap luasan A (watt).

k : konduktivitas panas (W/m.oK).

Force

Bola baja

spesimen

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

commit to user

20  

Gambar 2.12 Distribusi temperature T(x) dan aliran panas oleh

konduksi melalui sebuah slab

(Sumber: Bahan perkuliahan perpindahan panas dasar, 2009)

dxdTkAQx −=

...................................................................................(2.5)

12

21

12

12

xxTT

kAxxTT

kAQx−−

=−−

−= .............................................(2.6)

[ ]LTkAQx ∆

= ...................................................................................(2.7)

Fluks panas yang diperoleh dari persamaan Fourier adalah:

LTT

kdx

xdTkq 21)( −== ...................................................................(2.8)

Laju aliran total panas Q yang melewati luasan A dari plat arah

normal terhadap arah aliran panas menjadi:

slabRT

AkLTT

AqQ ∆≡

−==

/21 ........................................................(2.9)

Dimana:

AkLRslab =

.....................................................................................(2.10)

Nilai Rslab disebut dengan hambatan/tahanan panas konduksi

(thermal resistance) untuk laju aliran panas yang melewati plat

dengan ketebalan L, luas A dan konduktivitas panas k (Istanto, 2009).

∆T

∆x

T

x2

T(x)

T2 

T1

x x1

Qx

A

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

commit to user

21  

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin, dan

Laboratorium Pusat MIPA Sub Lab Fisika Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2 Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:

1. Serat Batang Aren.

Diperoleh dari Dukuh Bendo, Desa Daleman, kecamatan Tulung,

kabupaten Klaten.

2. Serat Cantula.

Diperoleh dari koperasi Rami Kencana, Dukuh Kutogiri, Desa

Sidomulyo, Kecamatan Pengasih, Kabupaten Kulon Progo, Yogyakarta.

3. Semen Portland SNI 15-7064-2004.

Hasil produksi PT. Holcim Indonesia Tbk. Diperoleh dari toko Putra

Radin Jl. Ir. Sutami no 18 Surakarta.

4. Kalsium Klorida (CaCl2).

Hasil produksi PT. BRATACO CHEMIKA.

5. Air Suling (destilasi)

Hasil pengolahan air dilaboratorium Teknik Kimia UNS.

3.3 Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data antara lain

adalah :

1. Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu:

a. Dongkrak hidrolik.

b. Timbangan Digital

c. Mesh (saringan)

d. Crusher

e. Moisture Wood Meter

f. Oven Elektrik

g. Blender

21

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

commit to user

22  

h. Cetakan

i. Alat Tenun Bukan Mesin (ATBM)

2. Alat pengambilan data antara lain:

a. Universal Testing Mechine (UTM)

b. Alat Uji Keras Brinell

c. Thermal Conductivity Meassuring

3.4 Parameter

Dalam penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah:

1. Waktu pengepresan selama 20 menit.

2. Ukuran serbuk aren mesh 80.

3. Diameter serat cantula dianggap homogen

4. Perbandingan ratio berat Semen:Serbuk aren:Air: CaCl 2 adalah 5: 2: 2: 1

5. Tekanan penggepresan 88 2/ cmkg ( pada benda kerja ).

Parameter yang diubah adalah jarak anyaman serat cantula yaitu 1cm,

1.5cm, 2cm, 2.5cm.

3.5 Prosedur penelitian

Prosedur pengambilan data dalam penelitian ini dibagi menjadi dua tahap

yaitu:

1. Tahap Persiapan

Tahap persiapan terdiri dari:

a. Persiapan serbuk aren

a) Pengambilan serat aren.

Serat aren diambil dari limbah pembuatan tepung aren di daerah

Daleman, Tulung, Klaten.

b) Pembersihan dan pengeringan serat aren.

Serat aren yang telah diambil dibersihkan dengan air untuk

menghilangkan serbuk-serbuk aren yang menyatu dengan serat dan

dikeringkan dengan sinar matahari. Hal ini bertujuan untuk

memudahkan dalam proses crushing.

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

commit to user

23  

c) Penggilingan serat aren.

Serat aren yang telah dibersihkan dan dikeringkan, kemudian

digiling dengan mesin crusher.

d) Penyaringan serbuk aren.

Serat yang telah crushing kemudian disaring dengan saringan

ukuran mesh 80.

b. Persiapan serat cantula

a) Pengambilan serat cantula

Serat cantula diperoleh dari koperasi Rami Kencana, Dukuh

Kutogiri, Desa Sidomulyo, Kecamatan Pengasih, Kulon Progo,

Yogyakarta.

b) Pembersihan dan pengeringan serat cantula

Serat cantula yang telah diperoleh berupa serat yang sudah dipilin.

Kemudian dicuci dengan air untuk menghilangkan kotoran yang

menyatu pada serat, dan dijemur dibawah sinar matahari sampai

kering. Setelah itu serat cantula dioven pada suhu 110 0 C ± 45

menit hingga kadar air pada serat cantula sekitar 11 – 13%.

Setelah selesai ditempatkan pada box plastik tertutup dilengkapi

dengan silica gel.

c) Pengayaman serat cantula

Pengayaman serat cantula dilakukan dengan bantuan Alat Tenun

Bukan Mesin ( ATBM ). Model anyaman 2D dibuat dengan jarak

antar serat 1 cm, 1.5 cm, 2 cm, dan 2.5 cm, dan dipotong sesuai

dengan dimensi benda uji.

d) Pencampuran bahan baku komposit.

Serbuk aren dan semen dicampur dan diaduk manual sampai

tercampur rata. Kemudian CaCl2 dicampur dengan air sampai

butiran-butiran CaCl2 larut dalam air. Selanjutnya larutan CaCl2

dengan campuran semen-serat aren dicampur manual dan

diblender.

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

commit to user

24  

e) Pembuatan spesimen komposit

Pencetakan spesimen dilakukan dengan proses manual, yaitu

metode hand lay up dan dilakukan pengepresan (press Mold)

dengan menggunakan dongkrak hidrolik manual. Serbuk aren dan

semen yang telah dicampur dengan larutan CaCl2 dimasukkan

dalam cetakan, kemudian diikuti dengan anyaman serat cantula.

Banyaknya lapisan anyaman disesuaikan dengan tebalnya

spesimen, tiap 5 mm lapisan campuran semen serbuk aren CaCl2

terdapat satu anyaman serat cantula. Untuk spesimen uji tarik paku

terdapat 2 lapisan anyaman serat cantula karena tebalnya 9.5 mm,

sedangkan untuk sepesimen uji kekerasan dan uji tekan tebalnya 25

mm sehingga lapisan anyaman serat cantula sebanyak 5 lapisan.

f) Pengeringan

Proses pengeringan atau curing spesimen yang dihasilkan

dikeringkan pada udara bebas, guna mendapatkan sampel yang

benar-benar sudah kering. Setelah 7 hari spesimen dikeringkan lagi

mengunakan oven dengan suhu 600C dan setiap 60 menit diukur

kandungan air pada komposit dengan moisture wood meter. Setelah

kandungan air pada komposit mencapai 10-15%, proses

pengeringan dalam oven dihentikan.

g) Penyimpanan

Setelah semua spesimen komposit selesai dibuat kemudian

spesimen disimpan pada box plastik tertutup yang dilengkapi silica

gel sebelum dilakukan pengujian terhadap spesimen tersebut.

2. Tahap Pengujian

Pengujian spesimen yang dilakukan adalah:

a. Pengujian Tarik paku

Pengujian ini bertujuan untk mendapat nilai gaya tarik paku material

komposit dengan membandingkannya dengan beberapa material,

dalam hal ini yaitu material kayu jati, multiplek dan Mediun Density

Fiberboard (MDF).

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

commit to user

25  

Gambar 3.1 Dimensi sepesimen uji tarik paku (dalam satuan mm)

b. Pengujian Tekan (compression strength)

Pengujian tekan bertujuan untuk mengetahui kekuatan tekan

komposit. Bentuk dan ukuran spesimen uji tarik komposit disesuaikan

dengan standar ASTM D-1037 (Tensile strengh paralel to surface).

Gambar 3.2 Dimensi spesimen uji tekan (satuan dalam mm)

c. Pengujian Kekerasan.

Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui nilai kekerasan

spesimen komposit yang dibuat. Bentuk, ukuran dan proses pengujian

kekerasan komposit disesuaikan dengan standar ASTM D-1037

(Tensile strengh paralel to surface).

194 25

50

Gambar 3.3.Dimensi spesimen kekerasan brinell (satuan dalam mm).

25

152

76

9.5

25 

25

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

commit to user

26  

d. Pengujian Konduktivitas Panas

Pengujian konduktivitas panas bertujuan untuk mengetahui

kemampuan komposit untuk menghantarkan panas. Skema, bentuk

dan ukuran benda uji konduktivitas panas komposit disesuaikan

dengan standar ASTM E 1225.

Gambar 3.4 Skema pengujian perpindahan panas sesuai

ASTM E 1225

Gambar 3.5 Dimensi spesimen uji konduktivitas panas (satuan dalam mm)

3.6 . Teknik Analisa Data

Dari data yang telah diperoleh, seanjutnya dapat diakukan analisa data

yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya nilai kekuatan tarik paku,

kekuatan tekan, kekerasan dan niai konduktivitas panas dari komposit semen

CaCl2 serbuk aren degan penguat serat cantula.

φ40  4

T0 

T1 

T2 

T3 

T4 

T5 T6 

T7 

T8 

T9 

T10 

Pemanas 

Logam konduktor 

Spesimen

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

commit to user

27  

3.7 Penyimpulan Hasil Penelitian

Dari data-data yang diperoleh dari hasil analisa terhadap nilai kekuatan

tarik paku, kekuatan tekan, niai kekerasan dan konduktivitas panas dari komposit

semen CaCl2 serbuk aren dengan penguat serat cantula, maka dapat disimpukan

dari hasil penelitian tersebut sehingga didapat hasil yang terbaik.

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

commit to user

28  

Gambar 3.6 Diagram alir penelitian

3.8 Diagram alir

MULAI

SERAT  CANTULA PILINAN

DICUCI DAN DIKERINGKAN

DIOVEN 110   SAMPAI KANDUNGAN AIR 11‐13% 

SERAT  CANTULA DIANYAM DENGAN METODE ANYAMAN 2D 

SERAT BATANG AREN DIKERINGKAN

PROSES CRUSHING SERAT BATANG AREN  

 SERAT AREN UKURAN MESH 80

MATRIK SEMEN  ADDITIVE CaCl2

CETAK MANUAL SPESIMEN KOMPOSIT: 1. VARIASI ANYAMAN DENGAN JARAK 1cm,1.5cm, 2cm, 2.5cm 2. TEKANAN PENGEPRESAN 88 KG/CM2, WAKTU PENEKANAN 20 MENIT 

SPESIMEN DIKERINGKAN SAMPAI KANDUNGAN AIR 10 ‐15 % 

 PENGUJIAN:  1. KONDUKTIVITAS PANAS 2. TARIK PAKU 3. KUAT TEKAN 4. KEKERASAN 

ANALISA DATA

KESIMPULAN

SELESAI

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

commit to user

1

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1 Pengaruh jarak ayaman serat cantula terhadap gaya tarik paku

Data pengujian gaya tarik paku komposit semen serbuk-aren cantula dapat

dilihat pada tabel 4.1. Nilai yang ditampilkan merupakan nilai rata-rata dari lima

spesimen untuk setiap variasi yang diuji.

Tabel 4.1. Gaya tarik paku

Jarak anyaman

(cm)

Gaya tarik paku rata-rata

(N)

1 241.8 1.5 246.8 2 256.2

2.5 261.4

Dari tabel 4.1. terlihat bahwa nilai gaya tarik paku naik seiring bertambahnya

jarak anyaman. Nilai gaya tarik paku terbesar 261.4 N pada jarak anyaman 2.5 cm

sedangkan nilai gaya tarik paku terkecil 241.8 N pada jarak anyaman 1 cm.

Gambar 4.1. Grafik hubungan jarak anyaman dengan gaya tarik paku.

220

230

240

250

260

270

280

0.5 1 1.5 2 2.5 3

gaya

tarik

pak

u (N

)

Jarak anyaman (cm)

29

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

commit to user

35  

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari pembahasan hasil diatas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai

berikut :

1. Nilai gaya tarik paku komposit semen serbuk aren-cantula meningkat seiring

dengan bertambahnya jarak anyaman serat cantula, nilai gaya tarik paku

tertinggi adalah 261.4 N pada jarak anyaman 2.5 cm, sedangkan yang

terendah 241.8 N pada jarak anyaman 1 cm.

2. Nilai kekuatan tekan meningkat seiring dengan bertambahnya jarak anyaman

serat cantula, nilai kekuatan tekan tertinggi 69.03 MPa berada pada komposit

dengan jarak anyaman 2.5 cm, sedangkan nilai terendahnya 43.78 MPa yaitu

komposit jarak anyaman 1 cm.

3. Nilai kekerasan meningkat seiring bertambahnya jarak anyaman serat

cantula, nilai kekrasan tertinggi 14.63 BHN berada pada komposit dengan

jarak anyaman 2.5 cm, sedangkan nilai terendahnya 13.95 BHN yaitu

komposit jarak anyaman 1 cm.

4. Nilai konduktivitas panas meningkat seiring bertambahnya jarak anyaman

serat cantula, nilai tertinggi berada pada komposit dengan jaarak anyaman

2.5 cm yaitu 0.253 W/m.0K, sedangkan nilai terendahnya 0.219 W/m.0K

pada komposit dengan jarak anyaman 1 cm.

5.2. Saran

Untuk lebih mengembangkan pemanfaatan potensi serat cantula sebagai bahan

penguat komposit, maka penulis memberikan saran:

1. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh perlakuan kimia pada

serat cantula untuk komposit semen-serbuk aren, misalnya perendaman pada

NaOH.

35 

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

commit to user

36  

2. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh bahan aditif lain terhadap

komposit semen-serbuk aren-cantula seperti MgCl2 guna memperbaiki

ikatan matrik dengan cantula.