laporan hibah 2013(1).pdf
TRANSCRIPT
i
LAPORAN PENELITIAN
HIBAH BERSAING
PEMANFAATAN LIMBAH SERAT PATI AREN
SEBAGAI MATERIAL KOMPOSIT - POLIESTER
Ketua/Anggota Team:
Ir. Saiful Huda, MT 0528025602
Ir. Murni Yuniwati, MT. 0511066101
Purnawan, ST., M.Eng 0508106202
Dibiayai oleh:
Kopertis Wilayah V DIY Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, sesuai dengan Surat
Perjanjian Pelaksanaan Hibah Penelitian Nomor : 1142.12/K5/KL/2013,
Tanggal 21 Mei 2013
INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND
YOGYAKARTA
Bidang Ilmu: Rekayasa
NOVEMBER 2013
Dr. Ir. Sudarsono, MT 0519025501
ii
iii
RINGKASAN
Sentra Industri pati aren atau pati onggok di desa Daleman kecamatan Tulung,
kabupaten Klaten, propinsi Jawa Tengah memproduksi pati aren (onggok) rata-rata 200 ton
/tahun, dan menghasilkan limbah berupa serat aren sebanyak 2,19 ton/hari. Sampai saat ini
limbah tersebut hanya dibuang ke sungai, sehingga merusak lingkungan dan sangat
mengganggu fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan. Dalam mensikapi
permasalahan tersebut, upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah tersebut
menjadi produk yang dapat dimanfaatkan dan memiliki nilai ekonomis yang menguntungkan
bagi masyarakat.
Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al.,
2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai kekuatan tarik (tensile
strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian pula sebaliknya.
Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang cukup
tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang (purnawan, 2010), dengan
demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit
Dalam penelitian ini dicoba memanfaatkan limbah serat aren sebagai bahan baku
pembuatan material komposit. Penelitian dilakukan dengan mencampur serat aren dengan
resin dan katalisator (hardener), campuran dicetak dengan pengepresan. Pengepresan
dilakukan selama dua puluh empat jam. Hasil yang diperoleh diuji kekuatan tarik maupun
kekuatan lenturnya, serta diukur densitasnya. Variabel yang dipelajari dalam penelitian ini
adalah perbandingan berat resin dan serat aren, ukuran serat aren serta besarnya tekanan
untuk proses pengepresan.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa dengan menggunakan perbandingan berat
resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta panjang serat
7 cm, diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat
tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek (panjang
serat 0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2),
namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2).
Dari hasil uji kelayakan material komposit yaitu dengan membandingkan kuat tekan
dan kuat lentur material komposit yang ada di pasaran, ternyata material komposit serat aren
memiliki kuat tekan dan kuat lentur yang lebih besar. Berdasarkan hasil penelitian dapat
direkomendasikan bahwa material komposit serat aren memiliki kualitas yang lebih baik dari
material komposit yang ada di pasaran, sehingga material komposit serat aren dapat
iv
dimanfaatkan menjadi bahan perabot rumah tangga bahkan dengan dengan kualitas yang
lebih bagus.
v
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rakhmat dan
karuniaNya kami dapat melakukan penelitian dan menyusun laporan penelitian. Pada
kesempatan ini kami mengucapkan banyak terimakasih kepada:
1. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah memberikan kesempatan dan
memberikan biaya penelitian ini.
2. Kepada Bapak Rektor dan Kepala LPPM IST AKPRIND Yogyakarta yang telah
memberikan dukungan kepada kami untuk mengusulkan dan melakukan penelitian
ini.
3. Pihak pihak terkait yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu.
Kami sadar akan keterbatasan kemampuan kami, sehingga penelitian dan laporan
kami masih jauh dari sempurna. Kritik dan saran sangat kami harapkan untuk
menyempunakan hasil penelitian, laporan maupun artikel yang kami rencanakan untuk
dimuat dalam jurnali nasional terakreditasi atau internasional.
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ......................................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................... ii
RINGKASAN ....................................................................................................................... iii
PRAKATA ............................................................................................................................ v
DAFTAR ISI ........................................................................................................................ vi
DAFTAR TABEL ................................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ viii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................... ix
BAB I. PENDAHULUAN .............................................................................................. 1
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 5
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ........................................................ 16
BAB IV. METODE PENELITIAN .................................................................................... 17
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 22
BAB VI. RENCANA TAHAP BERIKUTNYA ................................................................. 29
BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 30
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 31
LAMPIRAN ......................................................................................................................... 32
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 1 . Komponen hasil pengolahan sagu aren..................................................................1
Tabel 2. Pengaruh perbandingan resin /serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur
material komposit ………………………………………………………….18
Tabel 3. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material
komposit……………………………………………………………………….. 26
Tabel 4. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit. .28
Tabel 5. Perbandingan kualitas material komposit ………………………………………..29
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Proses pembuatan pati Aren ................................................................................ 1
Gambar 2. Limbah dibuang ke lingkungan dan ke sungai .................................................... 2
Gambar 3. Pohon Aren ........................................................................................................ 5
Gambar 4. Diagram tahapan proses pembuatan tepung sagu aren ........................................ 5
Gambar 5. Struktur Kimia Selulose ...................................................................................... 7
Gambar 6. Diagram pengujian bending (ASTM Standard C1161) ....................................... 10
Gambar 7. Kotak pengujian konduktifitas panas .................................................................. 14
Gambar 8. Diagram alir penelitian ........................................................................................ 17
Gambar 9. Serat Aren .......................................................................................................... 18
Gambar 10. Resin dan katalisator ........................................................................................ 18
Gambar 11. Alat pengepres ................................................................................................... 19
Gambar 12. Uji kuat tekan .................................................................................................... 21
Gambar 13. Uji kuat lentur .................................................................................................... 21
Gambar 14. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat tekan material
komposit ............................................................................................................ 22
Gambar 15. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat lentur material
komposit ............................................................................................................ 23
Gambar 16. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap densitas material
komposit ............................................................................................................ 24
Gambar 17. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan material komposit ....................... 25
Gambar 18. Pengaruh panjang serat terhadap kuat lentur ..................................................... 26
Gambar 19. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan material komposit ....................... 27
Gambar 20. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat lentur material komposit ...................... 27
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Kegiatan Penelitian ........................................................................................... 32
Lampiran 2. Susunan organisasi tim peneliti ........................................................................ 35
Lampiran 3. Biodata ketua dan anggota ................................................................................ 36
Lampiran 4. Draft Jurnal ....................................................................................................... 43
Lampiran 5.Draft Seminar..................................................................................................... 54
1
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Industri tepung aren (onggok) di Desa Daleman, Kecamatan Tulung, Kabupaten
Klaten, Jawa Tengah merupakan industri andalan penduduk daerah setempat Di Sentra
Industri pati aren atau ditengah masyarakat lebih populer dengan pati onggok terdapat 137
pengrajin dengan hasil produksi berupa pati aren (onggok) rata-rata 200 ton /tahun. Untuk
pengolahan pati aren akan menghasilkan beberapa komponen :
Tabel 1 . Komponen hasil pengolahan sagu aren
Komponen Jumlah
Pati 17 %
Kulit keras 25 %
Serat 56 %
Kotoran lain 2 %
Sumber : Data primer
Dengan melihat komponen yang dihasilkan maka dapat diperhitungkan bahwa dengan
produksi rata-rata 200 ton/tahun pati aren maka akan dihasilkan limbah berupa serat sejumlah
659 ton/tahun atau 2,19 ton/hari. Semula limbah dimanfaatkan oleh pabrik jamur, namun
setelah industri jamur yang memanfaatkan limbah padat aren mengalami kebangkrutan, pihak
industri mengalami kesulitan membuang limbah, sehingga limbah dibuang di bantaran sungai
dan di jalan-jalan. Selain mengganggu estetika, limbah juga mulai mengganggu kualitas air
setempat dan menurunkan peruntukan fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan.
Ganmbar 1. Proses pembuatan pati Aren
Dengan melihat komponen yang dihasilkan (Tabel 1) terlihat bahwa komponen serat
sebagai komponen dominan dan belum termanfaatkan dan sangat berpotensi mencemari
lingkungan seperti terlihat pada Gambar 2(a) dan 2(b).
2
(a) (b)
Gambar 2. (a) Limbah dibuang ke lingkungan, (b) Limbah dibuang ke sungai
Dalam mensikapi permasalahan yang dihadapi di atas, salah satu upaya adalah
melakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah pati aren sebagai material komposit.
Diharapkan dengan diketahuinya sifat fisik dan mekanis serta konduktifitas termal dan
kemampuan sebagai bahan peredam suara. Material komposit serat pati aren diharapkan
dapat digunakan dalam komponen bangunan rumah, peredam panas, peredam suara dan
tempat penyimpan bahan. Aplikasi material komposit serat pati aren antara lain untuk
membuat meja, ceiling, cold strorage maupun fire wall. Dari hasil penelitian nantinya dapat
dihasilkan data-data teknik yang berkenaan dengan pemanfaatan tersebut, sehingga dapat
dipertangungjawabkan kegunaannya.
1.2. Urgensi Penelitian
Serat aren merupakan limbah dan belum termanfaatkan sehingga apabila dibuang ke
sungai akan merusak lingkungan dan menurunkan peruntukan fungsi sungai sebagai saluran
air hujan dan pengairan memiliki potensi yang cukup menjanjikan jika diolah dengan baik,
penelitian ini mencoba mengangkat potensi limbah serat pati aren untuk dibuat material
komposit. Selain alasan utama dari pemilihan serat aren sebagai bahan pembuatan material
komposit adalah agar memiliki nilai tambah dan nilai ekonomi yang lebih tinggi terhadap
limbah sekaligus meminimalisir pencemaran lingkungan, serat aren memenuhi syarat karena
memiliki kemampuan ikat terhadap resin yang cukup tinggi. Sehingga jika limbah serat pati
aren dibuat material komposit dengan resin sebagai pengikatnya akan dihasilkan sebuah
partikel yang mempunyai kekuatan yang relatif lebih baik.
Dalam penelitian ini akan dilakukan percobaan pemanfaatan limbah serat aren
sebagai bahan baku pembuatan material komposit dengan resin sebagai pengikatnya.
3
Penelitian pembuatan material komposit dilakukan dengan variasi rasio resin dengan serat
aren, ukuran serat serta tekanan cetak. Pengujian yang akan dilakukan terhadap material
komposit serat aren dengan bahan pengikat resin, antara lain sifat fisik dan mekanisnya dan
konduktifitas panasnya.
Tahapan penelitian akan dilakukan dalam 2 tahun, dengan pembagian sebagai berikut
:
Tahun Pertama
Material komposit limbah serat aren diharapkan dapat digunakan untuk perabotan
rumah tangga seperti meja, lemari dan lain sebagainya. Untuk pemanfaatan tersebut material
komposit limbah serat aren perlu diketahui kekuatannya. Setelah diketahui kekuatan material
komposit yang telah dibuat, maka penelitian ini akan merekomendasikan apakah material
komposit yang dibuat itu layak atau tidak, apabila dipergunakan untuk menggantikan bahan
yang saat ini sudah banyak dipergunakan. Untuk mengetahui sifat-sifat material komposit
serat aren, maka dilakukan pengujian terhadap sifat fisik dan mekanis dari material komposit
serat aren, antara lain: kuat tekan dan kuat lentur material komposit. Untuk menguji
kelayakan material komposit yang dihasilkan, dilakukan uji kualitas pembanding yaitu
dengan menguji kuat tekan dan kuat lentur material komposit yang ada di perdagangan
terutama yang dimanfaatkan sebagai perabot rumah tangga. Sehingga dapat
direkomendasikan kelayakan material komposit hasil penelitian ini terutama untuk perabot
rumah tangga.
Tahun kedua
Material komposit limbah serat aren diharapkan dapat juga digunakan sebagai bahan
isolator panas dan peredam suara. Isolator sering kita jumpai pada tempat penyimpanan es
dimana isolator panas dipergunakan untuk mencegah panas dari lingkungan tidak masuk ke
es yang dapat menyebabkan es cepat mencair. Peredam suara biasa digunakan pada ruang
kerja atau auditorium untuk mencegah kebisingan. Untuk pemanfaatan tersebut perlu
dilakukan penelitian untuk mengetahui kondisi proses yang optimal dalam pembuatan
material komposit yang akan digunakan sebagai isolator dan peredam suara. Untuk
mengetahui kualitas material komposit limbah serat aren tersebut perlu diuji konduktivitas
panas serta koefisien redaman terhadap suara. Setelah diketahui kualitas material komposit
yang telah dibuat, maka penelitian ini akan merekomendasikan apakah material komposit
yang dibuat itu layak atau tidak, apabila dipergunakan untuk menggantikan bahan yang saat
ini sudah banyak dipergunakan. Untuk menguji kelayakan material komposit yang dihasilkan,
dilakukan uji kualitas pembanding yaitu dengan menguji konduktivitas panas serta koefisien
4
redaman terhadap suara material komposit yang ada di perdagangan. Hasil uji kelayakan
tersebut digunakan sebagai dasar untuk dapat direkomendasikan kelayakan material komposit
hasil penelitian ini terutama untuk isolator dan peredam suara.
5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tepung Aren
Aren (Arenga pinnata Wurmb) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji
buahnya terbungkus daging buah.
Gambar 3. Pohon Aren
Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan aneka produk makanan, terutama
produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Sampai
saat ini tepung dari pati batang aren belum dapat disubstitusi. Diagram alir proses pembuatan
tepung pati aren dapat dilihat pada Gambar 4.
Pohon sagu aren
Pemotongan dan pembelahan
Penokokan atau pemarutan limbah padat
Pemerasan limbah serat
(limbah yang diteliti)
Penyaringan limbah padat
Pengendapan limbah cair
Pengeringan dan pengemasan
Tepung sagu aren (hasil)
Gambar 4. Diagram tahapan proses pembuatan tepung sagu aren
6
2.1.1. Selulosa
Selulosa merupakan komponen yang mendominasi karbohidrat yang berasal dari
tumbuh-tumbuhan yang mencapai hampir 50%, karena selulosa merupakan unsur struktural
dan komponen utama bagian yang terpenting dari dinding sel tumbuh-tumbuhan. Selulosa
merupakan β-1,4 poli glukosa, dengan berat molekul sangat besar. Unit ulangan dari polimer
selulosa terikat melalui ikatan glikosida yang mengakibatkan struktur selulosa linier.
Keteraturan struktur tersebut juga menimbulkan ikatan hidrogen secara intra dan intermolekul
Beberapa molekul selulosa akan membentuk mikrofibril dengan diameter 2-20 nm dan
panjang 100-40000 nm yang sebagian berupa daerah teratur (kristalin) dan diselingi daerah
amorf yang kurang teratur. Beberapa mikrofibril membentuk fibril yang akhirnya menjadi
serat selulosa. Selulosa memiliki kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan
pelarut. Hal ini berkaitan dengan struktur serat dan kuatnya ikatan hidrogen.
Fungsi dasar selulosa adalah untuk menjaga struktur dan kekakuan bagi tanaman.
Selulosa bertindak sebagai kerangka untuk memungkinkan tanaman untuk menahan kekuatan
mereka dalam berbagai bentuk dan ukuran yang berbeda. Itulah sebabnya dinding sel
tanaman kaku dan tidak dapat berubah-berubah bentuk..
Selulose ditemukan dalam tanaman yang dikenal sebagai microfibril dengan diameter
2-20 nm dam panjang 100-40000 nm). Selulosa adalah unsur struktural dan komponen utama
dinding sel dari pohon dan tanaman tinggi lainnya. Senyawa ini juga dijumpai dalam
tumbuhan rendah seperti paku, lumut, ganggang, dan jamur. Selulosa ditemukan di diinding
sel, karena merupakan komponen utama dinding sel tanaman.
Secara kimia, selulosa merupakan senyawa polisakarida dengan bobot molekulnya
tinggi, strukturnya teratur yang merupakan polimer yang linear terdiri dari unit ulangan β-D-
Glukopiranosa. Karakteristik selulosa antara lain muncul karena adanya struktur kristalin dan
amorf serta pembentukan mikro fibril dan fibril yang pada akhirnya menjadi serat selulosa.
Sifat selulosa sebagai polimer tercermin dari bobot molekul rata-rata, polidispersitas dan
konfigurasi rantainya
Untuk struktur kimia selulosa terdiri dari unsur C, O, H yang membentuk rumus
molekul (C6H10O5)n ,dengan ikatan molekulnya ikatan hidrogen yang sangat erat (Gambar 5).
7
Gambar 5. Struktur Kimia Selulose
Dalam pembentukannya, tanaman membuat selulosa dari glukosa, yang merupakan
bentuk yang paling sederhana dan paling umum karbohidrat yang ditemukan dalam tanaman.
Glukosa terbentuk melalui proses fotosintesis dan digunakan untuk energi atau dapat
disimpan sebagai pati yang akan digunakan kemudian. Selulosa dibuat dengan
menghubungkan unit sederhana banyak glukosa bersama-sama untuk menciptakan efek
simpang siur rantai panjang, membentuk molekul panjang yang digunakan untuk membangun
dinding sel tanaman.
Lignoselulosa yang berasal dari kayu dan nonkayu (bambu, sisal, kenaf, rami, abaka,
sabut, kelapa, dan lain-lain) merupakan bahan yang sangat melimpah keberadaannya di muka
bumi. Bahan serat ini dapat diproses lebih lanjut menjadi mikrofibril selulosa yang
mempunyai diameter kurang dari 100 nm. Serat nano mempunyai sifat-sifat yang khas seperti
sangat kuat, rasio permukaan terhadap volume yang besar dan sangat porous. Sifat sifat
tersebut membuat serat nano merupakan bahan yang sangat menjanjikan untuk industry
komposit, bahan otomotif, pulp dan kertas, elektronik, dan industri lainnya.
Serat alam berlignoselulosa yang berasal dari sumber daya alam terbarui seperti kayu
dan non-kayu (bambu, sisal, kenaf, rami, dan lain lain) merupakan bahan baku terbesar
ketersediaannya di muka bumi. Sebagai komponen penguat di dalam material komposit, serat
alam ini mempunyai keunggulan antara lain sifatnya yang dapat diperbarui, dapat didaur
ulang serta dapat terbiodegradasi di lingkungan (Zimmermann et al., 2004). Selain itu, serat
alam mempunyai sifat mekanik yang baik dan lebih murah dibandingkan dengan serat
sintetik. Dilain pihak serat alam memiliki kelemahan terutama kemudahannya menyerap air,
kualitas yang tidak seragam, serta memiliki kestabilan yang rendah terhadap panas (Oksman
et al., 2003).
Penelitian serat alam non kayu sebagai bahan penguat polimer telah banyak diteliti.
Serat sisal telah dimanfaatkan sebagai bahan otomotif di Afrika Selatan, serat kelapa di
Brazil, dan serat abaka di Philipina. Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter
serat (Zimmermann et al., 2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai
8
kekuatan tarik (tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE),
demikian pula sebaliknya.
Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang
cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang (purnawan, 2010),
dengan demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit
2.2. Tinjauan Resin
Resin adalah bahan polimer, dalam komposit sebagai matrik. Resin sebagai matrik
mempunyai fungsi sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi kekuatan
pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh komposit
serta melindungi serat dari abrasi dan korosi (Hyer W Michael).
Resin thermoset adalah tipe sistem matrik yang paling umum dipakai sebagai material
komposit. Mereka menjadi populer penggunaannya dalam komposit dengan sejumlah alasan,
mempunyai kekentalan leleh yang rendah, kemampuan interaksi dengan serat yang bagus dan
membutuhkan suhu kerja yang relatif rendah. Selain itu mempunyai harga yang lebih rendah
dari pada resin thermoplastis.
Resin epoksi yang paling umum, berdasar pada reaksi dari epichlorohydrin dan
bispenol A. Karakter dari produksi rantai epoksi kemampuan proses dan derajat garis yang
melintang. Pembuatan dari jaringan epoksi yang sangat bagus, dengan cara menambahkan
katalis yang akan bereaksi dengan epoksi dan akan bereaksi dengan baik dengan struktur
jaringan. Maka, kemampuan mekanik dari epoksi tergantung dari tipe katalis yang digunakan.
Asam anhydrides dan amino multi fungsi adalah yang paling sering digunakan. Amino
aliphatic akan mempercepat waktu pengeringan, dimana aromanya tidak begitu menyengat
akan tetapi dapat memberi hasil yang lebih baik pada temperatur transisi kaca. Untuk
pengeringan epoksi dengan temperatur 121°C, dicyandiamide (dicy) digunakan sebagai
katalis. Umumnya pengeringan epoksi pada suhu 1770C menggunakan katalis yang berbasis
pada tetraglycidy derivative (Hyer W Michael). Pada saat katalis dan epoksi dicampur, resin
cair akan dijadikan padat dengan dengan menggunakan panas dari reaksi kimia eksoterm.
2.3. Pengertian Dasar Komposit
Material komposit dari resin dan yang dibuat dalam penelitian ini, adalah termasuk
komposit. Definisi komposit adalah : Sebuah sistem material yang tersusun atas campuran
atau kombinasi dari dua atau lebih partikel mikro maupun makro yang berbeda bentuk
9
maupun komposisi kimianya yang terikat secara erat satu dengan yang lain. (Smith, F
William). Dalam dunia teknik komposit dijelaskan sebagai kombinasi dua atau lebih material
yang bersama- sama membentuk suatu komposit yang kualitasnya jauh lebih baik daripada
material penyusunnya.
Secara umum, komposit terdiri dari dua bagian, yaitu: serat dan pengikat. Sedangkan
pengikat mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Fungsi Ikatan
Yaitu fungsi pengikat yang menyatukan serat-serat dalam komposit, sehingga serat-
serat tersebut tidak tercerai berai dan merupakan satu kesatuan yang utuh.
2. Fungsi Distributor
Selain mengikat serat dalam komposit, pengikat juga berperan dalam menyebarkan
dan meratakan gaya yang harus dilayani oleh komposit ke seluruh permukaan
komposit.
3. Fungsi Pelindung
Resin dalam komposit juga berfungsi sebagai pelindung serat-serat dari interaksinya
dengan lingkungan.
Keunggulan lain yang dimiliki oleh komposit adalah keuntungannya dalam hal bobot.
Bobot komposit jauh lebih ringan daripada material teknik lain atau baja pada khususnya.
Banyak desain konstruksi memiliki syarat selain harus kuat, juga harus ringan. Selain yang
tersebut diatas, komposit juga memiliki ketahanan korosi yang cukup jauh diatas material
dari logam. Ketahanan terhadap korosi yang sangat baik ini, memungkinkan komposit
melakukan lebih lama tugas yang tidak bisa dilakukan oleh material dari logam. Keunggulan
lain dari komposit adalah bersifat isolator yang baik dan juga harga relatif lebih terjangkau.
2.4. Kekuatan Ikatan Internal (Internal Bond Strength)
Kekuatan tarik tegak lurus terhadap permukaan diukur untuk melihat ketahanan bahan
ditarik dengan arah tegak lurus permukaannya. Benda uji seluas 50 mm persegi ditempelkan
dengan lem pada blok pembebanan dari baja atau paduan aluminium dengan dimensi yang
sama. Kekuatan ikatan internal adalah sifat yang penting dari papan komposit, dihitung
dengan cara berikut:
bL
PIB = ……………………………………..(2)
dimana
10
IB = Internal Bond (ikatan internal), kPa
P = beban maksimum, N
b = lebar benda uji, mm
L = panjang benda uji, mm
2.5. Modulus Elastisitas (MOE) dan Modulus Pecah (MOR)
Untuk mendapatkan modulus elastisitas (modulus of elasticity, MOE) dan modulus
pecah (modulus of rupture, MOR) digunakan pengujian lengkung statik (static bending test).
Pada penelitian ini menggunakan Three Point Bending Test. Dengan diagram pengujian
seperti berikut ini :
F
L/2
LF/2F/2
Gambar 6. Diagram pengujian bending (ASTM Standard C1161).
Sifat ini dijabarkan dari kemiringan (slope) dari porsi garis lurus dari kurva lengkungan
beban (P1/Y1). MOE dihitung dengan formula berikut:
( )( )1
3
3
1
4 Ybd
LPMOE = …………………………………(3)
dimana
MOE = kekakuan (muncul sebagai modulus elastisitas), kPa
P1 = beban pada batas proporsional, N
L = panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji
b = lebar benda uji, mm
d = tebal benda uji, mm
Y1 = titik pusat kelengkungan pada batas proporsional, mm
Modulus pecah (modulus of rupture, MOR) menjadi pengukuran yang umum dari
kekuatan lengkung komposit papan. MOR adalah tegangan lengkung puncak dari suatu bahan
dalam lendutan (flexure) atau lengkungan (bending), dan sering digunakan untuk
membandingkan satu bahan dengan yang lain.
11
22
3
bd
PLMOR = ……………………………..…….(4)
dimana
MOR = Modulus of Rupture, kPa
P = beban maksimum, N
L = panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji
b = lebar benda uji, mm
d = tebal benda uji, mm
2.6. Kandungan Air (Moisture Content)
Kandungan air rata-rata dari suatu panel pada waktu proses pengiriman dari pabrik
tidak boleh melebihi 10% (berdasarkan berat kering oven) untuk semua tingkatan material
komposit. Rata-rata kandungan air dari papan keras seharusnya tidak kurang dari 2% atau
tidak boleh lebih 9%. Tiga spesimen seharusnya dipotong dari tempat yang berbeda dalam
material komposit dan hasil pengujiannya dirata-ratakan. Pada umumnya, suatu benda uji
lebar 76 mm dengan panjang 152 mm dengan ketebalan penuh digunakan untuk mendapatkan
dengan akurasi tidak lebih dari ± 0,3% dan berat secara akurat tidak lebih dari ± 0,21%. Berat
kering oven dari benda uji yang diperoleh sesudah pengeringan pada 103 ± 2°C sampai berat
konstan dicapai.
Kandungan air dihitung sebagai berikut:
( )
−=
f
fwM 100 …………………………………(5)
dimana
M = kandungan air
w = berat mula-mula
f = berat setelah pengeringan oven
2.7. Pengujian Ketahanan Penyebaran Nyala Api
Tingkatan penyebaran nyala api selalu membingungkan dengan tingkat ketahanan
terhadap api. Penyebaran nyala api diukur khusus dari karakteristik terbakarnya permukaan
suatu bahan. Bahan dengan penyebaran nyala api yang rendah tidak akan membutuhkan
peningkatan kinerja dari suatu susunan yang tahan api.
Kebutuhan penyebaran nyala api khususnya digunakan sebagai kode untuk
penyelesaian interior bahan. Perbedaan tingkat penyebaran nyala api maksimum diijinkan
12
tergantung dari kebutuhan bangunan, lokasi bahan dalam bangunan, dan kehadiran dari
penyembur air.
Secara umum, kode penyebaran nyala api diklasifikasikan sebagai
Kelas Penyebaran Nyala Api Jangkauan Lokasi
I atau A 0 – 25 dekat keluaran vertikal
II atau B 26 – 75 koridor akses keluar
III atau C 76 – 200 Ruangan dan area lain
Material komposit dari serat aren ini masuk kedalam kelas C penyebaran nyala api.
Pengujian penyebaran nyala api didasarkan pada ASTM E-84/UL 723/NFPA 255: "Test for
Surface Burning Characteristics of Building Materials". Penyebaran nyala api adalah suatu
angka, dihitung dari hasil pengujian, yang menunjukkan laju relatif ketika nyala api akan
menyebar menutupi permukaan dari bahan dibandingkan dengan penyebaran nyala api pada
papan asbes-semen, dimana lajunya 0 dan pada kayu oak merah dimana lajunya 100. Benda
uji disesuaikan dengan dimensi ruang bakar yang tersedia dan diukur laju penyebaran nyala
apinya.
2.8. Perpindahan Kalor (Heat Transfer)
Perpindahan kalor adalah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi
karena adanya perbedaan temperatur antara benda atau material. Dimana energi yang
dipindahkan dinamakan kalor atau bahang atau panas (Heat). Ilmu perpindahan kalor tidak
hanya menjelaskan bagaimana energi kalor itu dipindah-kan dari satu benda ke benda yang
lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi
tertentu. Kenyataan bahwa disini yang menjadi sasaran analisis ialah masalah laju
perpindahan kalor dan kondukivitas termal bahan.
Dalam aplikasinya kita mengenal istilah-istilah yang digunakan untuk menyatakan tiga modus
perpindahan kalor yaitu:
1. Konduksi atau hantaran
2. Konveksi atau ilian
3. Radiasi atau sinaran
Dalam mempelajari ilmu perpindahan panas ada beberapa cabang ilmu untuk
membahas hubungan antara panas dan bentuk-bentuk energi lainnya yang disebut
13
termodinamika. Hukum pertama dari asas-asas ini yaitu hukum pertama termodinamika,
menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dihilangkan tetapi hanya dapat
diubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Hukum ini mengatur semua perubahan bentuk
energi secara kuantitatif tetapi tidak membatasi arah perubahan bentuknya.
2.9. Konduktivitas Termal
Konduktivitas termal merupakan suatu nilai konstanta dari suatu bahan yang memberi
keterangan kemampuan bahan meneruskan panas. Persamaan fourier merupakan persamaan
dasar tentang konduktivitas termal, yang mana dengan persamaan tersebut dapat dilakukan
perhitungan dalam percobaan untuk menentukan konduktivitas thermal suatu benda. Bahwa
jika aliran kalor dinyatakan dalam Watt, satuan untuk konduktivitas termal itu ialah Watt per
meter per derajat celsius. Nilai konduktivitas termal menunjukan seberapa cepat kalor
mangalir dalam bahan tertentu. Jadi jelas bahwa semakin cepat molekul bergerak, makin cepat
pula perpindahan energi yang terjadi.
Dalam konduktor yang baik, dimana terdapat elektron bebas yang bergerak didalam
struktur kisi suatu bahan, disamping dapat mengangkut muatan listrik dapat juga membawa
energi termal dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Konduktivitas kalor yang
teliti dari benda padat harus didapatkan melalui pengukuran langsung (eksprimental).
Pengaruh dari kontribusi elektron dapat diabaikan. Hal ini mengakibatkan rendahnya
konduktivitas kalor pada bahan isolator, dimana materialnya berpori yang dapat mengandung
gas atau cairan dalam pori-porinya.
Metode pengujian standar berjudul Standard Test Method for Steady-State Heat Flux
Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate
Apparatus, dan dijabarkan dalam spesifikasi ASTM C177-92 (ASTM, 1994b). Benda uji
dengan tebal kurang lebih 25 mm ditempatkan pada setiap sisi dari lempengan panas, dan
konduktifitas panas diukur. Konduktifitas pengujian ini rumit karena konduktifitas panas
bergantung pada lingkungan dan kondisi peralatan pengujian, sebagaimana formula dan berat
jenis kompositnya.
Untuk menentukan nilai konduktifitas termal digunakan persamaan sebagai berikut
q = -kAX
T
∂∂
…………………………………....................(6)
dimana:
q = Laju perpindahan kalor (W/m)
T∂ = Gradient suhu ( )Co
14
X∂ = Arah perpindahan kalor (m)
k = Konduktivitas atau kehantaran termal (thermal conductivity)
benda itu (W/m. )Co
A = Luas penampang benda (m2)
Dalam penelitian ini lingkungan diisolir dengan temperatur dan tekanan tertentu,
untuk lebih jelas lihat Gambar 7.
Gambar 7. Kotak pengujian konduktifitas panas
Keterangan :
1. sumber panas yang terukur nilai kalornya
2. ruang isolasi sumber panas
3. lempeng panas (titik pengukuran suhu sumber panas)
4. titik pengukuran suhu pada benda uji (untuk menentukan gradient
temperatur.
5. ruang isolasi
6. benda uji (material komposit sekam)
Prosedur pengujian
1. Tempatkan sumber panas pada ruang isolator no.2
2. lakukan pengukuran suhu pada no. 3 dan 4, untuk menentukan gradient temperatur.
3. pengukuran dilakukan masing-masing benda uji.
2.9. Redaman suara
Dalam riset ini, untuk menghitung besarnya rasio redaman pelat digunakan bandwidth
method. Hal ini didasari oleh karakteristik pelat yang tidak viskos, sehingga logarithmic
15
decrement method kurang tepat jika digunakan di sini. Pengukuran damping dengan
bandwidth method pada sistem berderajat kebebasan tunggal Rasio redaman dalam kondisi
tersebut di atas dinyatakan dengan persamaan berikut: ζ = ∆ω/2. Pendeskripsian harga
koefisien absorbsi ini dilakukan dengan 2 metode yaitu metode impedansi dan pengukuran
langsung.
Nugroho (2010), melaporkan hasil yang didapat secara umum adalah nilai koefisien
absorbsi cenderung naik pada frekuensi tinggi. Pada pengujian dengan metode pengukuran
langsung nilai koefisien absorbsi pada ketebalan 1 lapis lebih tinggi dari pada ketebalan 2
lapis. Sedangkan pada pengujian dengan metode tabung impedansi nilai koefisien absorbsi
pada tiap-tiap ketebalan cenderung sama dan lebih tinggi dari pada metode pengukuran
langsung. (Dharmantya, 2010) Tingkat serapan bunyi yang dihasilkan oleh masing-masing
produk berbedabeda,dipengaruhi oleh kerapatan massa dan pori-pori udara pada produk
tersebut, karena dalam peredam suara. nilai redaman pada frekuensi 1000 Hz lebih tinggi
dibanding frekuensi dibawahnya., pada frekuensi 1000 Hz dengan metoda tabung impedansi,
nilai koefisien penyerapannya mencapai 0,9, dmana nilai itu mendekati sempurna, yaitu satu.
16
BAB III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1. Tujuan Penelitian
1. Untuk memanfaatkan limbah serat aren yang belum termanfaatkan, menjadi bahan
teknik, agar memiliki nilai tambah dan nilai ekonomi yang lebih tinggi.
2. Untuk mengetahui sifat fisik dan mekanis material komposit serat aren berpengikat
resin dengan berbagai komposisi campuran, panjang serat serta pengaruh kekuatan
tekan pada pengepresan.
3. Untuk mengetahui kemampuan terhadap isolator panas dan kemampuan meredam
suara.
4. Kelayakan pengggunaan material komposit serat aren untuk digunakan antara lain
sebagai meja (bahan furnitur), tempat penyimpanan dingin (cold strorage) dan dinding
pelapis peredam suara dalam ruangan.
3.2. Manfaat Penelitian
1. Limbah serat aren dapat dimanfaatkan menjadi material komposit, sehingga
permasalahan pencemaran lingkungan di sentra industri soun dapat diatasi.
2. Dari hasil penelitian ini akan dapat diketahui perbandingan serat dan resin, ukuran
serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan material komposit, untuk
menghasilkan material komposit yang memiliki kualitas terbaik. Selain itu akan dapat
diketahui kualitas material komposit dari serat aren ini bila dibandingkan dengan
material komposit lain yang ada di pasaran.
17
BAB IV. METODE PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Penelitian.
Dalam penelitian ini dilakukan penelitian dalam tiga tahapan, sesuai dengan tahapan
penjadwalan penelitian :
1. Tahun pertama meneliti sifat fisik dan mekanis material komposit.
2. Tahun kedua meneliti sifat konduktifitas termal dan faktor redaman material
komposit.
Berikut ini diagram alir penelitian sifat fisik, mekanis dan konduktifitas termal:
Gambar 8. Diagram alir penelitian
pembersihan
Serat aren
Pembentukan plat komposit serat aren variasi
rasio bahan baku, ukuran serat, tekanan cetak
Pengujian sifat fisis
dan mekanis
Pegujian konduktifitas
termal
Pengujian faktor
redaman
Pembuatan prototipe
furniture
Uji Kelayakan
Analisa
kesimpulan
Selesai
Mulai
18
3.3. Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah
1. Serat aren yang diproleh dari Sentra industri pati aren di desa Daleman,
kecamatan Tulung, kabupaten Klaten, Jawa Tengah.
2. Resin
3. Katalisator (hardener)
Gambar 9. Serat Aren
Gambar 10. Resin dan katalisator
19
3.4. Alat Penelitian
Alat yang digunakan merupakan rangkaian alat pengepres yang dapat dilihat pada
Gambar 11.
Gambar 11. Alat pengepres
3.5. Prosedur Penelitian
Bahan serat aren dicampur dengan resin dengan perbandingan tertentu dan
ditambahkan katalis (untuk mempercepat pengerasan). Pencam-puran dilakukan dengan
pengadukan hingga homogen. Campuran yang telah homogen dimasukkan ke dalam pencetak
yang terbuat dari baja, kemudian dilakukan pengepresan dengan menggunakan mesin press
selama 24 jam.
Setelah pengepresan didiamkan beberapa saat agar material komposit mengeras,
setelah itu material komposit dilepas dari cetakan. Dilakukan pengujian sifat fisis dan sifat
mekanis dari material komposit yang dihasilkan. Penelitian dilakukan dengan variabel
perbandingan resin dengan serat, panjang serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan.
Pengolahan data dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh variabel
variabbel tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis material komposit yang dihasilkan.
Dari penelitian tersebut diharapkan dapat diketahui cara pembuatan material komposit,
perbandingan bahan, panjang serat serta kekuatan tekan yang baik untuk memperoleh material
komposit dengan kualitas yang baik.Untuk mengetahui kualitas material komposit, dilakukan
juga uji fisis dan mekanis terhadap material komposit sejenis yang ada di pasaran.
20
3.2. Pembuatan Material komposit
a) Bahan serat aren dicampur dengan resin dan ditambahkan katalis (untuk mempercepat
pengerasan). Perbandingan berat serat aren dengan resin 1:1, :2, 1:3, 1:4, 1:5, 1:6; 1:8;
1:9, 1:10. Perbandingan resin dan katalis tetap (10:1). Pencampuran dilakukan hingga
homogen dengan menggunakan mesin pengaduk.
b) Campuran yang telah homogen dilakukan pengepresan dengan menggunakan mesin
press.
c) Setelah pengepresan didiamkan beberapa saat agar material komposit mengeras, setelah
itu material komposit dilepas dari cetakan.
d) Dilakukan pengujian sifat fisis dan sifat mekanis dari material komposit yang
dihasilkan.
e) Dengan cara yang sama seperti di atas, dilakukan penelitian dengan variabel panjang
serat serta kekuatan tekan pada proses pengepresan.
f) Pengolahan data dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh variabel
variabbel tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis material komposit yang
dihasilkan.
g) Dari penelitian tersebut diharapkan dapat diketahui cara pembuatan material komposit,
perbandingan bahan, panjang serat serta kekuatan tekan yang baik untuk memperoleh
material komposit dengan kualitas yang baik.
h) Untuk mengetahui kualitas material komposit, dilakukan juga uji fisis dan mekanis
terhadap material komposit sejenis yang ada di pasaran.
3.4. Uji kuat tekan.
Setiap material komposit yang diahasilkan dengan kondisi proses tertentu, masing
masing diukur kuat tekannya menggunakan alat uji kuat tekan yang dapat dilihat pada
gambar 12.
21
Gambar 12. Uji kuat tekan
3.5. Uji kuat lentur
Setiap material komposit yang diahasilkan dengan kondisi proses tertentu, masing
masing diukur kuat tekannya menggunakan alat uji kuat tekan yang dapat dilihat pada
gambar 13.
Gambar 13. Uji kuat lentur.
22
BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Pengaruh perbandingan resin/serat
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan
volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan
berat resin/serat yang divariasikan (3,4,5,6,7,8,9,10), ditambah katalisator sebanyak 10%
berat resin, panjang serat yang digunakan 2 cm dan kuat tekan pada proses pencetakan 70
kg/mm2 Data penelitian dapat dilihat pada tabel 2. dan gambar 14,15 dan 16.
Tabel 2. Pengaruh perbandingan resin /serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material
komposit. (panjang serat 2 cm, jumlah katalis 10% massa resin, dan tekanan cetak 70
kg/mm2)
Ratio berat
resin/serat
Densitas
(gr/mL)
Kuat tekan
(kg/mm2)
Kuat Lentur
(kg/mm2)
3 1.2515 0.1055 0.087
4 1.2388 0.1055 0.087
5 1.2306 0.1055 0.11
6 1.2248 0.2587 0.11
7 1.2205 0.316 0.12
8 1.2172 0.3286 0.117
9 1.2146 0.4306 0.106
10 1.2124 0.8836 0.122
Gambar 14. Pengaruh perbandingan resin/serat terhadap kuat tekan material komposit
Resin berfungsi sebagai pengikat serat, sehingga semakin banyak resin semakin kuat
ikatan serat dalam komposit. Apabila jumlah resin tidak mencukupi, maka daya ikat antara
resin dengan serat kurang kuat. Hal ini akan menyebabkan material komposit akan berubah
23
volume (mengembang) setelah keluar dari cetakan. Pada tabel 2 dan gambar 14, dapat diamati
bahwa semakin besar perbandingan resin dengan serat semakin besar kuat tekan material
komposit, namun tidak diinginkan jumlah resin yang terlalu banyak, karena dalam masalah ini
yang utama adalah pemanfaatan serat secara maksimal.
Gambar 15. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap kuat lentur material komposit
Pada gambar 15 dapat diamati bahwa grafik hubungan perbandingan resin dan serat
dengan kuat lentur komposit yang dihasilkan, tidak terlalu signifikan, berkisar antara 0,1
hingga 0,2
Gambar 16. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap densitas material komposit
24
Pada gambar 16 dapat dilihat bahwa semakin besar perbandingan resin dan serat maka
semakin kecil densitas material komposit yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena densitas serat
(1,5gr/cm3) lebih besar dari densitas resin (1,25 gr/cm
3), sehingga dengan volume yang sama,
semakin besar jumlah resin desitas akan semakin kecil.
Dari hasil penelitian perbandingan resin/serat sebesar 7 adalah kondisi yang optimal,
karena dengan pebandingan tersebut diperoleh karakteristik produk yang cukup baik yaitu kuat
tekan 0,316 kg/mm2 dan kuat lentur 0,12 kg/mm
2 serta densitas 1,22 gr/cm
3 dan material
komposit tidak mengalami perubahan volume setelah pencetakan, dengan kata lain
pemanfaatan serat sudah maksimal, tidak bisa lebih besar lagi.
5.2. Pengaruh panjang serat
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan
volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan
berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, dan kuat tekan pada pencetakan 70
kg/mm2 Panjang serat yang digunakan divariasikan (0.2, 2, 3, 4, 5, 6, 7 cm). Data penelitian
dapat dilihat pada tabel 3 serta gambar 17 dan 18.
Tabel 3. Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit.
(perbandingan resin:serat = 7:1, jumlah katalis 10% massa resin, dan tekanan cetak 70
kg/mm2)
Panjang serat,
cm
Densitas gr/cm3 Kuat tekan,
kg/mm2
Kuat lentur
kg/mm2
0.2 1,22 0.499 0.117
2 1,22 0.316 0.120
3 1,22 0.3342 0.142
4 1,22 0.3221 0.141
5 1,22 0.3312 0.145
6 1,22 0.3112 0.143
7 1,22 0.2683 0.149
25
Gambar 17, Pengaruh panjang serat terhadap kuat tekan material komposit.
Pada tabel 3 dan gambar 17 dapat diamati bahwa semakin panjang serat yang
digunakan semakin kecil kuat tekan material komposit. Hal ini disebabkan serat yang
digunakan dalam penelitian ini diambil langsung dari limbah serat aren apa adanya tanpa
terlebih dahulu dilakukan penyeragaman orientasi serat, sehingga meskipun serat cukup
panjang tetapi tidak lurus atau berbelok-belok sehingga membentuk tumpukan serat yang
tebal, tumpukan ini memiliki sifat yang elastis sehingga mengurangi kuat tekan material
komposit. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat tekan tinggi sebaiknya
dibuat dengan panjang serat yang kecil atau dilakukan pengaturan orientasi serat secara lurus
sehingga terbentuk serat yang langsung terikat dengan matrik, tidak menggumpal diantara
serat.
26
Gambar 18. Pengaruh panjang serat terhadap kuat lentur
Pada gambar 18, bisa diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan, semakin
besar kuat lentur material komposit. Hal ini disebabkan serat memiliki elastisitas yang tinggi,
sementara matrik memiliki kekerasan yang tinggi, maka semakin panjang serat akan
menjadikan material komposit semakin lentur karena serat akan mengisi matrik pada daerah
yang lebih panjang , peningkatan kelenturan ini terjadi karena bagian matrik yang terisi oleh
serat akan mengalami penurunan kekerasan dan meningkat kelenturannya/elastisitasnya
karena terpengaruh oleh sifat serat, maka semakin panjang serat kelenturan material akan
semakin. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat lentur tinggi sebaiknya
dibuat dengan serat yang.lebih panjang.
5.3. Pengaruh Tekanan Cetak
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan
volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan
berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat 2cm dan kuat tekan
pada pencetakan divariasikan (50, 60 dan 70 kg/mm2 ). Data penelitian dapat dilihat pada tabel
4. serta gambar 19 dan 20.
27
Tabel 4. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan dan kuat lentur material komposit.
(perbandingan resin:serat = 7:1, panjang serat 2 cm, jumlah katalis 10% massa resin).
Tekanan cetak,
kg/mm2
Densitas
gr/cm3
Kuat tekan,
kg/mm2
Kuat lentur
kg/mm2
50 1,22 0.4521 0.124
60 1,22 0.2694 0.112
70 1,22 0.4714 0.109
Gambar 19. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat tekan material komposit.
Gambar 20. Pengaruh tekanan cetak terhadap kuat lentur material komposit.
Tekanan saat pencetakan (pembuatan) papan komposit memiliki pengaruh yang
signifikan terhadap sifat mampu tekan dan kemampuan lentur dari benda uji. Pada
kemampuan lentur diperoleh hasil dimana semakin besar tekanan pencetakan, kemampuan
lenturnya semakin menurun, hal ini disebabkan pada tekanan yang semakin tinggi serat
semakin tertekan dan pori-porinya dapat terisi oleh resin sehingga hal ini akan
28
mengakibatkan serat kehilangan sifat elastisnya yang pada gilirannya akan menurunkan sifat
lentur dari material komposit, penekanan yang besar juga akan mengakibatkan fraksi volome
serat menurun jika dibandingkan dengan volome resin yang juga berakibat pada peningkatan
kekerasan material komposit, hal inilah yang kemudian meningkatkan kemampuan tekan dari
benda uji (material komposit)
5.4. Kualitas material komposit.
Untuk mengetahui kualitas material komposit yang dihasilkan dalam penelitian ini, dilakukan
dengan cara membandingkannya dengan material komposit yang ada dalam perdagangan yang dapat
dilihat dalam tabel 5.
Tabel 5. Perbandingan kualitas material komposit
Material komposit serat aren
Kuat tekan maksimal 0,499 kg/mm2
Kuat lentur maksimal 0,149 kg/mm2
Material komposit dalam perdagangan
Kuat tekan 0,248 kg/mm2
Kuat lentur 0,082 kg/mm2
Dari hasil pengujian tersebut dapat dilihat bahwa ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur
material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih
baik dibanding material komposit yang ada di pasaran. Material komposit yang ada di pasaran biasa
digunakan untuk pembuatan mebel, maka dari uji kualitas tersebut dapat disimpulkan bahwa material
komposit serat aren dapat digunakan sebagai bahan pembuat mebel yang lebih kuat, atau dapat
digunakan untuk keperluan lain yang memerlukan kekuatan lebih besar.
29
BAB VI. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA
Tahun kedua
Dari hasil penelitian pada tahun pertama yaitu pemanfaatan serat aren menjadi
material komposit untuk keperluan bahan perabot rumah tangga, diperoleh hasil yang cukup
memuaskan karena ternyata material komposit yang diperoleh memiliki kualitas yang lebih
bagus dari material komposit yang ada di pasaran. Selanjutnya material komposit limbah
serat aren diharapkan dapat juga digunakan sebagai bahan isolator panas dan peredam suara.
Isolator sering kita jumpai pada tempat penyimpanan es dimana isolator panas dipergunakan
untuk mencegah panas dari lingkungan tidak masuk ke es yang dapat menyebabkan es cepat
mencair. Peredam suara biasa digunakan pada ruang kerja atau auditorium untuk mencegah
kebisingan.
Untuk pemanfaatan tersebut perlu dilakukan penelitian yang direncanakan akan
dilakukan pada tahun ke dua yaitu untuk mengetahui kondisi proses yang optimal dalam
pembuatan material komposit yang akan digunakan sebagai isolator dan peredam suara.
Bagaimana pengaruh perbandingan bahan, ukuran bahan , tekanan cetak, serta posisi serat
pada material komposit terhadap konduktivitas panas dan koefisien peredaman terhadap
suara. Dari data tersebut akan dapat diketahui kondisi proses yang optimal untuk memperoleh
hasil material komposit yang paling baik. Produk material komposit diuji kelayakannya
dengan dilakukan uji kualitas pembanding yaitu dengan menguji konduktivitas panas serta
koefisien redaman terhadap suara, material komposit yang ada di pasaran. Hasil uji kelayakan
tersebut digunakan sebagai dasar untuk dapat merekomendasikan kelayakan material
komposit hasil penelitian ini terutama untuk isolator dan peredam suara.
.
30
BAB VII. KESIMPULAN
Dari penelitian yang sudah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Pengaruh perbandingan resin (matrik) dengan serat menunnjukkan bahwa semakin tinggi
angka perbandingan resin dengan serat meningkatkan kekuatan tekan dan kekuatan lentur
serta menurunkan densitas, sehingga semakin besar angka perbandingan resin dengan
serat kualitas material komposit semakin baik. ( sampai batas data yang ada dalam
penelitian ini), untuk peningkatan perbandingan selanjutnya perlu dikaji lagi,
2. Panjang serat berpengaruh pada sifat mampu takan dan kelenturan material komposit,
semakin panjang serat akan mengakibatkan penurunan kemampuan tekan namun
meningkatkan kelenturan.
3. Besar gaya penekanan pada saat pencetakan benda uji berpengaruh pada sifat mampu tekan
dan sifat lentur bahan, semakin besar gaya penekanan akan meningkatkan kemampuan
tekan tapi sebaliknya akan menurunkan sifat lentur dari bahan.
4. Dari hasil penelitian diketahui bahwa dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat
= 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta serat yang panjang
(7 cm) diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi
kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek
(0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2),
namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2)
5. Ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat
aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang
ada di pasaran.
31
DAFTAR PUSTAKA
Abe, K., Iwamoto, S., Yano, H. 2007. Obtaining Cellulose Nanofibers with a Uniform Width
of 15 nm from Wood. Biomacromolecules 8(10), 3276-3278.
Alemdar, A., Sain. M. 2008. Biocomposites from Wheat Straw Nanofibers: Morphology,
Thermal and Mechanical Properties. Composites Science and Technology 68: 557-565
Bisanda, E.T.N. 2000. The Effect of Alkalli Treatment on the Adhesion Characteristics of
Sisal Fibers. Applied Composite Materials 7: 331-339
De souza, M.F,dan PS Batista, 2004 “Rice hull – derived silica: Application in portland
cement and mullite whiskers”. www.fftc.org
Henriksson, M., Henriksson, G., Berglund, L.A., Lindstorm. T. 2007. An Enviromentally
Method for Enzyme Assisted Preparation of Microfibrillated Cellulose (MFC)
Nanofibers. European Polymer Journal, 43: 3434-3441
Hyer, W Michael, 1998.,”Stress and analysis of fiber reinforced composite material, Mc
Graw Hill International Edition.
Nakagaito, A. N., Yano, H. 2004. The Effect of Morphological Changes from Pulp Fiber
Towards Nano Sclae Fibrillated Cellulose on the Mechanical Properties of High
Strength Plant Fiber Based Composites.Applied Physics A78: 547-552
Nugroho, Rahmat Adi, 2010., Uji Deskripsi Redaman Suara Pada Plat Hasil Pengolahan
Limbah Serabut Dan Serbuk Aren Dengan Proses Tekan Cetak 5 Bar Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang
Oksman, K., Skrifvas, M., Selin, J.F. 2003. Natural Fibers as Reinforcement in Polylactid
Acid (PLA) Composites. Composites Science Technology, 63: 1317-1324.
Smith F William, 2000 “Principles of Materials And Engineering” 3rd
Edition,Mc Graw Hill
International Edition.
Yoshida, S.; Ohnishi, Y. dan Kitaghisi, K. 2004,. “Soil Science and Plant Nutrition,”
Departement of Material Science, Tokyo university of Tokyo,
Zimmermann, T., Pohler, E., Geiger, T. 2004. Cellulose Fibrils for Polymer Reinforcement.
Advanced Engineering Science, 6(9): 754-761
32
LAMPIRAN
Lampiran 1. Kegiatan Penelitian
FOTO KEGIATAN PENELITIAN
Proses pengeringan serat aren Pemotongan serat aren
Serat aren kering terpotong Resin dan katalis
33
Proses pencampuran Proses pencetakan
Proses pengepresan
34
Material komposit hasil Proses pengujian
Proses pengujian kuat tekan Proses pengujian kuat lentur
35
Lampiran 2. Susunan organisasi tim peneliti dan pembagian tugas
No Nama NIDN Bidang Ilmu Alokasi
Waktu
(Jam/
minggu)
Uraian tugas
0519025501
Engineering
Materials
and
Mechanical
Engineering
8 Pelaksana
penelitian,
Persiapan
bahan,
pelaksanaan,
karakterisasi
2 Ir. Saiful Huda, MT 0528025602 Engineering
Materials and
Mechanical
Engineering
8 Pelaksana
penelitian,
pengujian
kekuatan
bahan
3 Ir. Murni Yuniwati,
MT. 0511066101
Chemical
Engineering
4 Pengujian
karakteristik,
studi pustaka
Konsultasi
4 Purnawan, ST.,
M.Eng
0508106202 Environment
engineering
3 Penelitian
Studi pustaka
, konsultasi
1 Dr.Ir.Sudarsono,MT
36
Lampiran 3. Biodata Ketua dan Anggota Tim Penelitian
Biodata Ketua
A. Identitas Diri
2. Jabatan Fungsional Lektor Kepala
3. Jabatan Struktural Rektor
4. NIP/NIK/Identitas lainnya 88.0255.359 E
5. NIDN 05 190255 01
6. Tempat dan Tanggal Lahir Bojonegoro, 19 Februari 1955
7. Alamat Rumah Jl. Pertanian Gg. Salak 26, Banguntapan,
Yogakarta.
8. Nomor Telepon/Faks/HP 0274-412345/
9. Alamat Kantor Jl. Kalisahak 28 Kompleks Balapan
10. Nomor Telepo/Faks 0274-563029/0274-563847
11. Alamat e-mail [email protected]
12. Lulusan yang Telah Dihasilkan
13. Mata Kuliah yang Diampu Elemen Mesin I
Metalurgi Fisik
Elemen Mesin II
B. Riwayat Pendidikan
S-1 S-2 S-3
Nama
Perguruan
Tinggi
Institut Teknologi
Nasional Malang,
lulus 1988
Universitas
Indonesia, Jakarta,
lulus 1997
Bidang Ilmu Teknk Mesin Teknik Metalurgi Ilmu Lingkungan
Judul Skripsi/
Thesis/Disertasi
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir
1. Pembuatan Material komposit Berbahan Baku Sabut kelapa dengan Bahan Pengikat
Alami ( Jurnal Teknologi ), tahun 2010
2. Pemanfaatan Limbah padat ( Serat ) Industri Pengolahan sagu sebagai Bahan Pembuatan
Nitrosellulosa ( Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Lingkungan Hidup di Pasca
Sarjana UNDIP ), tahun 2010
3. Oftimasi Penggunaan Serbuk Grafit Sebagai Material Alternatif Proses Metalisasi pada
Elektroplating Non Konduktor ( Seminar Industri Service 2011 Universitas Sultan
Agung Tirtayasa Cilegon ) 2011
D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir
Tahun Kegiatan
2011 Penyuluhan dan Pelatihan serta Pendampingan Teknologi Pengolahan
Air Bersih dan Air Minum, PP Al Hikmah Gunungkidul, Yogyakarta
1. Nama Lengkap (dengan gelar) Dr. Ir. Sudarsono, MT. L/P
lulus 2013
UNDIP Semarang
37
E. Pengalaman Penulisan Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir 1. Analisis tentang Main Time break Failure seri Bearing 6304 pada crankshaf Gasoline
Engine ( Jurnal Teknologi ), tahun 2009
2. Laju Korosi Terkendali terhadap chassis Mitsubishi FE 114 dengan Variasi Quenching (
Jurnal Teknologi TECHNOSCIENTIA 2010 )
3. Pemanfaatan Limbah padat ( Serat ) Industri Pengolahan sagu sebagai Bahan Pembuatan
Nitrosellulosa ( Prosiding Seminar Nasional Pengelolaan Lingkungan Hidup di Pasca
Sarjana UNDIP ), tahun 2010
4. Analysis of FSW Weld Made of Aluminium Alloy 6110 ( Prosiding Conference on
Material at Departement of Mechanical and Industrial Engeneering Faculty of Engineering
Universitas Gajah Mada ), tahun 2011
5. Pengaruh Penggunaan Spontan Power Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin NF 100 D (
Jurnal Teknologi TECHNOSCIENTIA 2011 )
6. Analisa Perubahan Volume Pada Cylinder Head dan Tinggi lubang Exhaust Terhadap
Kenaikan Daya sepeda Motor 2 langkah ( Jurnal Teknologi TECHNOSCIENTIA 2011 )
F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah
Dalam 5 Tahun Terakhir
1. Prediksi Aluminium sebagai Pembawa Mn, Cd, As, dan Cr ke dalam Sedimen pada Sistim
Aliran Sungai ( Seminar Industri Service 2011 Universitas Sultan Agung Tirtayasa
Cilegon ) 2011
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat
dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidak
sesuaian, saya sanggup menerima resikonya.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi persyaratan
sebagai salah satu syarat pengajuan penelitian Hibah Bersaing.
Yogyakarta, 20 Maret 2012
Pengusul
Materai
4. Utilization of Albizia Wood (Albizia Falcata) and Ramie Fibers as Wind Turbine PropellerModification of NACA 4415 Standard Airfoil Elektroplating Non Konduktor ( Jurnal Internasional ) 2013
7. Utilization of Albizia Wood ( Albiziz Falcata ) and Ramie Fibers as Wind Turbine PropellerModification of NACA 4415 Startd Airfoil ( Jurnal Internasional ) 2013
Dr. Ir. Sudarsono, MT
38
Biodata Anggota 1
A. Identitas Diri
1. Nama Lengkap (dengan gelar) Ir. Saiful Huda, MT. L/P
2. Jabatan Fungsional Lektor Kepala
3. Jabatan Struktural Kepala P3MB
4. NIP/NIK/Identitas lainnya 88.0256.361 E
5. NIDN 0528025602
6. Tempat dan Tanggal Lahir Malang, 28 Februari 1956
7. Alamat Rumah Babadan, RW 17, RT 21 No. 570
8. Nomor Telepon/Faks/HP 0274 – 581540 / 081578797222
9. Alamat Kantor Jl. Kalisahak 28 Komplek Balapan
Yogyakarta
10. Nomor Telepon/Faks 0274 – 563029/ 0274 – 563847
11. Alamat e-mail [email protected]
12. Lulusan yang Telah Dihasilkan
13. Mata Kuliah yang Diampu 1. Metalurgi Fisik
2. Material Teknik
3. Metalurgi Fisik Lanjut
B. Riwayat Pendidikan
S-1 S-2 S-3
Nama
Perguruan
Tinggi
Institut Teknologi
Nasional Malang,
lulus 1988
Universitas
Indonesia, Jakarta,
lulus 1997
Bidang Ilmu Teknk Mesin Teknik Metalurgi
Judul Skripsi/
Thesis/Disertasi
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir
Tahun Judul Penelitian Jabatan Sumber Dana
2010 Pengaruh Artificial Aging Terhadap
Laju Korosi Baling-Baling
Berbahan Aluminium Pada Motor
Tempel Nelayan
Ketua Mandiri
2009 Pengaruh Variabel Elektroda
Terhadap Kualitas Hasil
Hardfacing Dengan Base Metal
EMS 45
Ketua IST Akprind
D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir
Tahun Kegiatan
2008 Sebagai Juri Kontes Robot di Taman Pintar Yogyakarta
2009 Pelatihan Pengelasan , BKM Pringgo Mukti, Pringgolayan, Gedong
Tengen, Yogyakarta
2010 Pembuatan Mesin dan Pelatihan Bembuatan Tali dari Serabut Kelapa,
39
Perajin Sabut Kelapa Berdikari, Klegen, Sendangsari, Pengasih ,
Kulonprogo, Yogyakarta.
2010 Projek ESD Pembuatan Kincir Angin Untuk Penggerak Pompa Air Untuk
Pengairan Tanaman Petani di Dusun Bogem, Desa Bogem, ,Kecamatan
Panjatan, Kulon Progo.
2011 Pelatihan Teknologi Informasi dan Komunikasi pada PKK Perumahan
Puspa Indah I RT 10/RW 37 , dusun Gedongan, Kelurahan Bangunjiwo,
Kecamatan Kasihan Bantul.
E. Pengalaman Penulisan Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir
Tahun Judul Penelitian Penerbit/Jurnal
2010
Desember
Effect of Mn And Cr Elements On Physical and
Mechanical Properties In Surface Coating
Hardfacing Process
Prosiding Seminar
Nasional ISSN :
1979-911X
2011
Januari
Water Pump with Driver Windmils Poster pada Asia
Pacific RCE
Confrence
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat
dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidak
sesuaian, saya sanggup menerima resikonya.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi persyaratan
sebagai salah satu syarat pengajuan penelitian Hibah Bersaing.
Yogyakarta, 20 Maret 2012
Pengusul
Materai
Ir. Saiful Huda, MT
40
Biodata Anggota 2
A. Identitas Diri
1. Nama Lengkap (dengan gelar) Ir. Murni Yuniwati,MT. L/P
2. Jabatan Fungsional Lektor Kepala (AK 400)
3. Jabatan Struktural Ketua Jurusan Teknik Kimia
4. NIP/NIK/Identitas lainnya 97.1072.526.E
5. NIDN 05 110661 01
6. Tempat dan Tanggal Lahir Banjarnegara, 11 Juni 1961
7. Alamat Rumah Tirtonirmolo, Kasihan, Bantul
8. Nomor Telepon/Faks/HP 081578003004
9. Alamat Kantor Jl. Kalisahak No. 28 Komplek Balapan
Tromol Pos 45 Yogyakarta, 55222
10. Nomor Telepon/Faks (0274) 563029 / (0274) 563847
11. Alamat e-mail [email protected]
12. Lulusan yang Telah Dihasilkan
13. Mata Kuliah yang Diampu 1. Azas Teknik Kimia
2. Perpindahan Panas
3. Teknik Reaksi Kimia
B. Riwayat Pendidikan
S-1 S-2 S-3
Nama
Perguruan
Tinggi
Universitas Gadjah
Mada, lulus 26 Juni
1988
Universitas
Indonesia, Jakarta,
lulus 29 September
1999
Bidang Ilmu Teknik Kimia Teknik Kimia
Judul Skripsi/
Thesis/Disertasi
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir
Tahun Judul Penelitian Jabatan Sumber Dana
2011 Kinetika Reaksi Hidrolisis Pati Pisang
Tanduk
Peneliti
Utama IST AKPRIND
2010
Peningkatan Mutu Produk Keramik dari
Lempung Kasongan dengan
Penambahan Bahan Aditif Kombinasi
Zeolit dari Gunung Kidul dan Limbah
Padat B3 industri Elektroplating
Anggota
Peneliti
Penelitian
Hibah Bersaing
(Ditjen Dikti)
2009 Pengaruh Kondisi Proses pada Ekstraksi
Minyak bici Kapuk dalam Usaha
Pemanfaatan bici Kapuk sebagai
sumber minyak Nabati
Peneliti
utama
Penelitian
Dosen Muda
(Ditjen Dikti)
2009 Peningkatan Mutu Produk Keramik dari
Lempung Kasongan dengan
Penambahan Bahan Aditif Kombinasi
Zeolit dari Gunung Kidul dan Limbah
Padat B3 industri Elektroplating
Anggota
Peneliti
Penelitian
Hibah Bersaing
(Ditjen Dikti)
41
2008 Pemanfaatan Enzim Papain sebagai
Penggumpal dalam Pembuatan Keju
Peneliti
utama
IST AKPRIND
2007 Optimasi Kondisi Proses Ekstraksi
Minyak Biji Pepaya
Peneliti
utama
Penelitian
Dosen Muda
(Ditjen Dikti)
2007 Kinetika Reaks, Hidrolisis Protein Biji
Kecipir dengan Katalisator KOH
Peneliti
utama
IST AKPRIND
D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir
Tahun Kegiatan
2011 Penyuluhan dan Pelatihan serta Pendampingan Teknologi Pengolahan
Air Bersih dan Air Minum, PP Al Hikmah Gunungkidul, Yogyakarta
2010 Pembuatan VCO di Desa Argorejo,Sedayu, Bantul
2009 Pembuatan Pupuk Cair dari Limbah Pabrik Spiritus Madukismo, di desa
Tirtonirmolo Kasihan Bantul
E. Pengalaman Penulisan Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir
Tahun Judul Penerbit/Jurnal
Agustus
2008
Optimasi Kondisi Proses Ekstraksi
Minyak Biji Pepaya
Technoscientia Vol 1, No
1,ISSN 1979-8415
Mei 2007 Kinetika Reaks, Hidrolisis Protein
Biji Kecipir dengan Katalisator KOH
Jurnal Fundamental & Aplikasi
Teknik Kimia EKSTRAK,
volume 2, No 2, ISSN: 1978-
077X
F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar Ilmiah
Dalam 5 Tahun Terakhir Tahun Judul Kegiatan Penyelenggara
2009 Penyaji dalam seminar hasil penelitian
dosen muda Kopertis Wilayah V
2008 Pemakalah Seminar Nasional
Seminar Nasional Aplikasi Sains
& Teknologi, IST AKPRIND
Yogyakarta
Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat
dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidak
sesuaian, saya sanggup menerima resikonya.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi persyaratan
sebagai salah satu syarat pengajuan penelitian Hibah Bersaing.
Yogyakarta, 20 Maret 2012
Pengusul
42
Biodata Anggota 3
A. Identitas Diri
1. Nama Lengkap (dengan gelar) Purnawan, ST., M.Eng. L/P
2. Jabatan Fungsional Asisten Ahli
3. Jabatan Struktural Sekretaris PSLH
4. NIP/NIK/Identitas lainnya 83.1062.190.E
5. NIDN 05 081062 02
6. Tempat dan Tanggal Lahir Yogyakarta, 8 Oktober 1962
7. Alamat Rumah gotan 236 A, RT 0 Griya Ketawang Permai D-5, Mejing Lor,
Gamping, Sleman, Yogyakarta
8. Nomor Telepon/Faks/HP 081578049517
9. Alamat Kantor Jl. Kalisahak No. 28 Komplek Balapan
Tromol Pos 45 Yogyakarta, 55222
10. Nomor Telepon/Faks (0274) 563029 / (0274) 563847
11. Alamat e-mail [email protected]
12. Lulusan yang Telah Dihasilkan
13. Mata Kuliah yang Diampu 1. Teknik Lingkungan
2. Pengetahuan Struktur
3. Teknologi Daur Ulang
4. Plan Design
B. Riwayat Pendidikan
S-1 S-2 S-3
Nama
Perguruan
Tinggi
Sekolah Tinggi
Teknik
Lingkungan, lulus
2006
Universitas Gadjah
Mada, lulus tahun
2010
Bidang Ilmu Teknik Lingkungan Teknik Kimia
Judul Skripsi/
Thesis/Disertasi
C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 tahun Terakhir
a) Pemanfaatan Limbah Serat Industri Sagu Aren Sebagai Bahan Pembuatan
Nitrosellulosa
b) Pemanfaatan Limbah Serat Industri Tepung Sagu Aren Sebagai Bahan Baku
Pembuatan Kertas (Pulp) Dengan Proses Delignifikasi
D. Pengalaman Pengabdian Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir
Tahun Kegiatan
2011 Penyuluhan dan Pelatihan serta Pendampingan Teknologi Pengolahan
Air Bersih dan Air Minum, PP Al Hikmah Gunungkidul, Yogyakarta
Yogyakarta, 14 Maret 2012
Pengusul,
Purnawan, ST., M.Eng.
43
Lampiran 5. Draft Jurnal
PEMANFAATAN LIMBAH SERAT AREN SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN
MATERIAL KOMPOSIT / PAPAN PARTIKEL
Sudarsono, Saiful Huda, Murni Yuniwati, Purnawan
Fakultas Teknologi Industri,
Institut Sains & Teknologi AKPRIND
Yogyakarta [email protected]; [email protected]
[email protected]; [email protected]
INTISARI Sentra Industri pati aren atau pati onggok di desa Daleman kecamatan Tulung,
kabupaten Klaten, propinsi Jawa Tengah memproduksi pati aren (onggok) rata-rata 200 ton /tahun, dan menghasilkan limbah berupa serat aren sebanyak 2,19 ton/hari. Sampai saat ini limbah tersebut hanya dibuang ke sungai, sehingga merusak lingkungan dan sangat mengganggu fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan. Dalam mensikapi permasalahan tersebut, upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah tersebut menjadi produk yang dapat dimanfaatkan dan memiliki nilai ekonomis yang menguntungkan bagi masyarakat.
Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al., 2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai kekuatan tarik (tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian pula sebaliknya. Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang (purnawan, 2010), dengan demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit
Dalam penelitian ini dicoba memanfaatkan limbah serat aren sebagai bahan baku pembuatan material komposit. Penelitian dilakukan dengan mencampur serat aren dengan resin dan katalisator (hardener), campuran dicetak dengan pengepresan. Pengepresan dilakukan selama dua puluh empat jam. Hasil yang diperoleh diuji kekuatan tarik maupun kekuatan lenturnya, serta diukur densitasnya. Variabel yang dipelajari dalam penelitian ini adalah perbandingan berat resin dan serat aren, ukuran serat aren serta besarnya tekanan untuk proses pengepresan.
Dari hasil penelitian diketahui bahwa dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm
2 , serta panjang serat
7 cm, diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat
tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2), namun apabila digunakan serat yang pendek (panjang
serat 0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm2),
namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm2).
Dari hasil uji kelayakan material komposit yaitu dengan membandingkan kuat tekan dan kuat lentur material komposit yang ada di pasaran, ternyata material komposit serat aren memiliki kuat tekan dan kuat lentur yang lebih besar. Berdasarkan hasil penelitian dapat direkomendasikan bahwa material komposit serat aren memiliki kualitas yang lebih baik dari material komposit yang ada di pasaran, sehingga material komposit serat aren dapat dimanfaatkan menjadi bahan perabot rumah tangga bahkan dengan dengan kualitas yang lebih bagus.
Kata kunci: Serat, Aren, Komposit
44
PENDAHULUAN
Serat aren
Aren (Arenga pinnata Wurmb)
merupakan tumbuhan berbiji tertutup
dimana biji buahnya terbungkus daging
buah. Tepung aren dapat digunakan untuk
pembuatan aneka produk makanan,
terutama produk yang sudah dikenal
masyarakat luas, yaitu soun, cendol,
bakmi, dan hun kwe. Sampai saat ini
tepung dari pati batang aren belum dapat
disubstitusi. Dalam proses pembuatan pati
dihasilkan limbah berupa serat aren yang
tidak termanfaatkan dan sangat berpotensi
mencemari lingkungan seperti terlihat pada
Gambar 1(a) dan 1(b).
(a) (b)
Gambar 1. (a) Limbah dibuang ke lingkungan
(b) Limbah dibuang ke sungai
Selulosa
Selulosa merupakan komponen yang
mendominasi karbohidrat yang berasal dari
tumbuh-tumbuhan yang mencapai hampir
50%, karena selulosa merupakan unsur
struktural dan komponen utama bagian
yang terpenting dari dinding sel tumbuh-
tumbuhan. Selulosa merupakan β-1,4 poli
glukosa, dengan berat molekul sangat besar.
Unit ulangan dari polimer selulosa terikat
melalui ikatan glikosida yang
mengakibatkan struktur selulosa linier.
Keteraturan struktur tersebut juga
menimbulkan ikatan hidrogen secara intra
dan intermolekul
Beberapa molekul selulosa akan
membentuk mikrofibril dengan diameter
2-20 nm dan panjang 100-40000 nm yang
sebagian berupa daerah teratur (kristalin)
dan diselingi daerah amorf yang kurang
teratur. Beberapa mikrofibril membentuk
fibril yang akhirnya menjadi serat selulosa.
Selulosa memiliki kekuatan tarik yang
tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan
pelarut. Hal ini berkaitan dengan struktur
serat dan kuatnya ikatan hidrogen.
Fungsi dasar selulosa adalah untuk
menjaga struktur dan kekakuan bagi
tanaman. Selulosa bertindak sebagai
kerangka untuk memungkinkan tanaman
untuk menahan kekuatan mereka dalam
berbagai bentuk dan ukuran yang berbeda.
Itulah sebabnya dinding sel tanaman kaku
dan tidak dapat berubah-berubah bentuk.
Selulose ditemukan dalam tanaman
yang dikenal sebagai microfibril dengan
diameter 2-20 nm dam panjang 100-40000
nm). Selulosa adalah unsur struktural dan
komponen utama dinding sel dari pohon
dan tanaman tinggi lainnya. Senyawa ini
juga dijumpai dalam tumbuhan rendah
seperti paku, lumut, ganggang, dan jamur.
Selulosa ditemukan di diinding sel, karena
merupakan komponen utama dinding sel
tanaman.
Secara kimia, selulosa merupakan
senyawa polisakarida dengan bobot
molekulnya tinggi, strukturnya teratur
yang merupakan polimer yang linear
terdiri dari unit ulangan β-D-
Glukopiranosa. Karakteristik selulosa
antara lain muncul karena adanya struktur
kristalin dan amorf serta pembentukan
mikro fibril dan fibril yang pada akhirnya
menjadi serat selulosa. Sifat selulosa
sebagai polimer tercermin dari bobot
molekul rata-rata, polidispersitas dan
konfigurasi rantainya
Untuk struktur kimia selulosa terdiri dari
unsur C, O, H yang membentuk rumus
molekul (C6H10O5)n ,dengan ikatan
molekulnya ikatan hidrogen yang sangat
erat, dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Struktur Kimia Selulose
45
Dalam pembentukannya, tanaman
membuat selulosa dari glukosa, yang
merupakan bentuk yang paling sederhana
dan paling umum karbohidrat yang
ditemukan dalam tanaman. Glukosa
terbentuk melalui proses fotosintesis dan
digunakan untuk energi atau dapat disimpan
sebagai pati yang akan digunakan
kemudian. Selulosa dibuat dengan
menghubung-kan unit sederhana banyak
glukosa bersama-sama untuk menciptakan
efek simpang siur rantai panjang,
membentuk molekul panjang yang
digunakan untuk membangun dinding sel
tanaman.
Lignoselulosa yang berasal dari kayu
dan nonkayu (bambu, sisal, kenaf, rami,
abaka, sabut, kelapa, dan lain-lain)
merupakan bahan yang sangat melimpah
keberadaannya di muka bumi. Bahan serat
ini dapat diproses lebih lanjut menjadi
mikrofibril selulosa yang mempunyai
diameter kurang dari 100 nm. Serat nano
mempunyai sifat-sifat yang khas seperti
sangat kuat, rasio permukaan terhadap
volume yang besar dan sangat porous. Sifat
sifat tersebut membuat serat nano
merupakan bahan yang sangat menjanjikan
untuk industry komposit, bahan otomotif,
pulp dan kertas, elektronik, dan industri
lainnya.
Serat alam berlignoselulosa yang
berasal dari sumber daya alam terbarui
seperti kayu dan non-kayu (bambu, sisal,
kenaf, rami, dan lain lain) merupakan bahan
baku terbesar ketersediaannya di muka
bumi. Sebagai komponen penguat di dalam
material komposit, serat alam ini
mempunyai keunggulan antara lain sifatnya
yang dapat diperbarui, dapat didaur ulang
serta dapat terbiodegradasi di lingkungan
(Zimmermann et al., 2004). Selain itu, serat
alam mempunyai sifat mekanik yang baik
dan lebih murah dibandingkan dengan serat
sintetik. Dilain pihak serat alam memiliki
kelemahan terutama kemudahannya
menyerap air, kualitas yang tidak seragam,
serta memiliki kestabilan yang rendah
terhadap panas (Oksman et al., 2003).
Penelitian serat alam non kayu sebagai
bahan penguat polimer telah banyak diteliti.
Serat sisal telah dimanfaatkan sebagai bahan
otomotif di Afrika Selatan, serat kelapa di
Brazil, dan serat abaka di Philipina.
Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh
ukuran diameter serat (Zimmermann et al.,
2004). Semakin besar diameter serat maka
semakin rendah nilai kekuatan tarik (tensile
strength) dan modulus elastisitas (modulus
of elasticity/ MOE), demikian pula
sebaliknya.
Dari penelitian yang pernah dilakukan
serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang
cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan
memiliki kategori serat panjang (purnawan,
2010), dengan demikian dapat dimanfaatkan
sebagai komponen penguat di dalam material
komposit.
Resin
Resin adalah bahan polimer, dalam
komposit sebagai matrik. Resin sebagai
matrik mempunyai fungsi sebagai pengikat,
sebagai pelindung struktur komposit,
memberi kekuatan pada komposit dan
bertindak sebagai media transfer tegangan
yang diterima oleh komposit serta
melindungi serat dari abrasi dan korosi
(Hyer W Michael, 1998 ).
Resin thermoset adalah tipe sistem
matrik yang paling umum dipakai sebagai
material komposit. Mereka menjadi populer
penggunaannya dalam komposit dengan
sejumlah alasan, mempunyai kekentalan
leleh yang rendah, kemampuan interaksi
dengan serat yang bagus dan membutuhkan
suhu kerja yang relatif rendah. Selain itu
mempunyai harga yang lebih rendah dari
pada resin thermoplastis.
Resin epoksi yang paling umum,
berdasar pada reaksi dari epichlorohydrin
dan bispenol A. Karakter dari produksi
rantai epoksi kemampuan proses dan derajat
garis yang melintang. Pembuatan dari
jaringan epoksi yang sangat bagus, dengan
cara menambahkan katalis yang akan
bereaksi dengan epoksi dan akan bereaksi
dengan baik dengan struktur jaringan.
Maka, kemampuan mekanik dari epoksi
46
tergantung dari tipe katalis yang digunakan.
Asam anhydrides dan amino multi fungsi
adalah yang paling sering digunakan. Amino
aliphatic akan mempercepat waktu
pengeringan, dimana aromanya tidak begitu
menyengat akan tetapi dapat memberi hasil
yang lebih baik pada temperatur transisi
kaca. Untuk pengeringan epoksi dengan
temperatur 121°C, dicyandiamide (dicy)
digunakan sebagai katalis. Umumnya
pengeringan epoksi pada suhu 1770C
menggunakan katalis yang berbasis pada
tetraglycidy derivative (Hyer W Michael,
1998). Pada saat katalis dan epoksi
dicampur, resin cair akan dijadikan padat
dengan dengan menggunakan panas dari
reaksi kimia eksoterm.
Material komposit
Material komposit dari resin dan
yang dibuat dalam penelitian ini, adalah
termasuk material komposit. Definisi
komposit adalah : Sebuah sistem material
yang tersusun atas campuran atau
kombinasi dari dua atau lebih partikel mikro
maupun makro yang berbeda bentuk
maupun komposisi kimianya yang terikat
secara erat satu dengan yang lain. (Smith, F
William, 2000). Dalam dunia teknik
komposit dijelaskan sebagai kombinasi dua
atau lebih material yang bersama- sama
membentuk suatu komposit yang
kualitasnya jauh lebih baik daripada
material penyusunnya.
Secara umum, komposit terdiri dari
dua bagian, yaitu: serat dan pe-ngikat.
Sedangkan pengikat mempu-nyai fungsi
sebagai berikut :
1.Fungsi Ikatan
Yaitu fungsi pengikat yang menyatukan
serat-serat dalam kompo-sit, sehingga serat-
serat tersebut tidak tercerai berai dan
merupakan satu kesatuan yang utuh.
2.Fungsi Distributor
Selain mengikat serat dalam kompo-sit,
pengikat juga berperan dalam menyebarkan
dan meratakan gaya yang harus dilayani oleh
komposit ke seluruh permukaan komposit.
3.Fungsi Pelindung
Resin dalam komposit juga berfungsi
sebagai pelindung serat-serat dari
interaksinya dengan lingkungan.
Keunggulan lain yang dimiliki oleh
komposit adalah keuntungannya dalam hal
bobot. Bobot komposit jauh lebih ringan
daripada material teknik lain atau baja pada
khususnya. Banyak desain konstruksi
memiliki syarat selain harus kuat, juga harus
ringan. Selain yang tersebut diatas, komposit
juga memiliki ketahanan korosi yang cukup
jauh diatas material dari logam. Ketahanan
terhadap korosi yang sangat baik ini,
memungkinkan komposit melakukan lebih
lama tugas yang tidak bisa dilakukan oleh
material dari logam. Keunggulan lain dari
komposit adalah bersifat isolator yang baik
dan juga harga relatif lebih terjangkau.
Tujuan Penelitian
Mempelajari cara pembuatan material
komposit dari limbah yang berupa serat
aren, dengan mengamati variabel-variabel
yang berpengaruh terhadap karakteristik
material komposit serat aren yang
dihasilkan (perbandingan bahan, ukuran
bahan, besarnya tekanan pada pengepresan),
serta membandingkan karakteristik produk
material komposit serat aren dengan
material komposit yang lain yang ada dalam
perdagangan.
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan Penelitian
Serat aren, resin, dan katalis yang dapat
dilihat pada gambar 2.
47
Gambar 2. Serat aren, resin dan katalisator
Alat Penelitian
Alat yang digunakan merupakan rangkaian
alat pengepres yang dapat dilihat pada
Gambar 3.
Gambar 3. Alat pengepres
Prosedur Penelitian
Bahan serat aren dicampur dengan
resin dengan perbandingan tertentu dan
ditambahkan katalis (untuk mempercepat
pengerasan). Pencam-puran dilakukan
dengan pengadukan hingga homogen.
Campuran yang telah homogen dimasukkan
ke dalam pencetak yang terbuat dari baja,
kemudian dilakukan pengepresan dengan
menggunakan mesin press selama 24 jam.
Setelah pengepresan didiam-kan
beberapa saat agar material komposit
mengeras, setelah itu material komposit
dilepas dari cetakan. Dilakukan pengujian
sifat fisis dan sifat mekanis dari material
komposit yang dihasilkan. Penelitian
dilakukan dengan variabel perbandingan
resin dengan serat, panjang serat serta
kekuatan tekan pada proses pengepresan.
Pengolahan data dilakukan untuk
dapat mengetahui bagaimana pengaruh
variabel variabbel tersebut terhadap sifat
fisis dan sifat mekanis material komposit
yang dihasilkan. Dari penelitian tersebut
diharapkan dapat diketahui cara pembuatan
material komposit, perbandingan bahan,
panjang serat serta kekuatan tekan yang
baik untuk memperoleh material komposit
dengan kualitas yang baik.Untuk
mengetahui kualitas material komposit,
dilakukan juga uji fisis dan mekanis
terhadap material komposit sejenis yang ada
di pasaran.
Metode Pengujian
Pengujian Kekuatan Ikatan Internal
(Internal Bond Strength)
Kekuatan tarik tegak lurus terhadap
permukaan diukur untuk melihat
ketahanan bahan ditarik dengan arah tegak
lurus permukaannya. Benda uji seluas 50
mm persegi ditempelkan dengan lem pada
blok pembebanan dari baja atau paduan
aluminium dengan dimensi yang sama.
Kekuatan ikatan internal adalah sifat yang
penting dari papan komposit, dihitung
dengan cara berikut:
bL
PIB = …....……..………………..(1)
IB = Internal Bond ikatan internal), kPa
P = beban maksimum, N
b = lebar benda uji, mm
L = panjang benda uji, mm
Pengujian Modulus Elastisitas (MOE)
dan Modulus Pecah (MOR)
Untuk mendapatkan modulus
elastisitas (modulus of elasticity, MOE)
dan modulus pecah (modulus of rupture,
MOR) digunakan pengujian lengkung
statik (static bending test). Pada penelitian
ini menggunakan Three Point Bending
Test. Dengan diagram pengujian seperti
berikut ini :
F
L/2
LF/2F/2
48
Gambar 4. Diagram pengujian bending
(ASTM Standard C1161).
Sifat ini dijabarkan dari kemiringan (slope)
dari porsi garis lurus dari kurva lengkungan
beban (P1/Y1). MOE dihitung dengan
formula berikut:
( )( )1
3
3
1
4 Ybd
LPMOE = …….........………(2)
MOE = kekakuan (muncul sebagai
modulus elastisitas), kPa
P1 = beban pada batas proporsional, N
L = panjang benda uji, mm, 24 kali tebal
benda uji
b = lebar benda uji, mm
d = tebal benda uji, mm
Y1 = titik pusat kelengkungan pada batas
proporsional, mm
Modulus pecah (modulus of rupture,
MOR) menjadi pengukuran yang umum
dari kekuatan lengkung komposit papan.
MOR adalah tegangan lengkung puncak
dari suatu bahan dalam lendutan (flexure)
atau lengkungan (bending), dan sering
digunakan untuk membandingkan satu
bahan dengan yang lain.
22
3
bd
PLMOR = ……………..….….(3)
MOR = Modulus of Rupture, kPa
P = beban maksimum, N
L = panjang benda uji, mm, 24 kali
tebal benda uji
b = lebar benda uji, mm
d = tebal benda uji, mm
Pengujian kandungan air
Kandungan air rata-rata dari suatu
panel pada waktu proses pengiriman dari
pabrik tidak boleh melebihi 10%
(berdasarkan berat kering oven) untuk
semua tingkatan material komposit. Rata-
rata kandungan air dari papan keras
seharusnya tidak kurang dari 2% atau tidak
boleh lebih 9%. Tiga spesimen seharusnya
dipotong dari tempat yang berbeda dalam
material komposit dan hasil pengujiannya
dirata-ratakan. Pada umumnya, suatu
benda uji lebar 76 mm dengan panjang 152
mm dengan ketebalan penuh digunakan
untuk mendapatkan dengan akurasi tidak
lebih dari ± 0,3% dan berat secara akurat
tidak lebih dari ± 0,21%. Berat kering
oven dari benda uji yang diperoleh sesudah
pengeringan pada 103 ± 2°C sampai berat
konstan dicapai.
Kandungan air dihitung sebagai berikut:
( )
−=
f
fwM 100 ………………(4)
M = kandungan air
w = berat mula-mula
f = berat setelah pengeringan oven
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Pengaruh perbandingan resin/serat
Penelitian dilakukan dengan
membuat material komposit berupa bahan
uji dengan volume tertentu (94cm3),
menggunakan campuran resin dan serat
aren dengan perbandingan berat resin/serat
yang divariasikan (3,4,5,6,7,8,9,10),
ditambah katalisator sebanyak 10% berat
resin, panjang serat yang digunakan 2 cm
dan kuat tekan pada proses pencetakan 70
kg/mm2 Data penelitian dapat dilihat pada
tabel 3. dan gambar 5, 6 dan 7.
Tabel 3. Pengaruh perbandingan resin
/serat terhadap kuat tekan dan kuat lentur
material komposit. (panjang serat 2 cm,
jumlah katalis 10% massa resin, dan
tekanan cetak 70 kg/mm2)
Ratio
Berat
resin/
serat
Densitas
(gr/mL)
Kuat
tekan
(kg/mm2)
Kuat
Lentur
(kg/mm2)
3 1.2515 0.1055 0.087
4 1.2388 0.1055 0.087
5 1.2306 0.1055 0.11
6 1.2248 0.2587 0.11
7 1.2205 0.316 0.12
8 1.2172 0.3286 0.117
49
9 1.2146 0.4306 0.106
10 1.2124 0.8836 0.122
Gambar 5. Pengaruh perbandingan resin
dan serat terhadap kuat tekan material
komposit
Resin berfungsi sebagai pengikat serat,
sehingga semakin banyak resin semakin
kuat ikatan serat dalam komposit. Apabila
jumlah resin tidak mencukupi, maka daya
ikat antara resin dengan serat kurang kuat.
Hal ini akan menyebabkan material
komposit akan berubah volume
(mengembang) setelah keluar dari cetakan.
Pada tabel 3 dan gambar 5, dapat diamati
bahwa semakin besar perbandingan resin
dengan serat semakin besar kuat tekan
material komposit, namun tidak diinginkan
jumlah resin yang terlalu banyak, karena
dalam masalah ini yang utama adalah
pemanfaatan serat secara maksimal.
Gambar 6. Pengaruh perbandingan resin
dan serat terhadap kuat lentur material
komposit
Pada gambar 6 dapat diamati
bahwa grafik hubungan perbandingan
resin dan serat dengan kuat lentur
komposit yang dihasilkan, tidak terlalu
signifikan, berkisar antara 0,1 hingga 0,2
Gambar 7. Pengaruh perbandingan resin
dan serat terhadap densitas material
komposit
Pada gambar 7 dapat dilihat bahwa
semakin besar perbandingan resin dan serat
maka semakin kecil densitas material
komposit yang dihasilkan. Hal ini terjadi
karena densitas serat (1,5gr/cm3) lebih besar
dari densitas resin (1,25 gr/cm3), sehingga
dengan volume yang sama, semakin besar
jumlah resin desitas akan semakin kecil.
Dari hasil penelitian perbandingan
resin/serat sebesar 7 adalah kondisi yang
optimal, karena dengan pebandingan
tersebut diperoleh karakteristik produk yang
cukup baik yaitu kuat tekan 0,316 kg/mm2
dan kuat lentur 0,12 kg/mm2 serta densitas
1,22 gr/cm3
dan material komposit tidak
mengalami perubahan volume setelah
pencetakan, dengan kata lain pemanfaatan
serat sudah maksimal, tidak bisa lebih besar
lagi.
Pengaruh ukuran serat
Penelitian dilakukan dengan membuat
material komposit berupa bahan uji dengan
volume tertentu (94cm3), menggunakan
campuran resin dan serat aren dengan
perbandingan berat 7:1, ditambah
katalisator sebanyak 10% berat resin, dan
kuat tekan pada pencetakan 70 kg/mm2
50
Panjang serat yang digunakan divariasikan
(0.2, 2, 3, 4, 5, 6, 7 cm). Data penelitian
dapat dilihat pada tabel 4 serta gambar 8
dan 9.
Tabel 4. Pengaruh panjang serat terhadap
kuat tekan dan kuat lentur material
komposit. (perbandingan resin:serat = 7:1,
jumlah katalis 10% massa resin, dan
tekanan cetak 70 kg/mm2)
Panjang
serat,
cm
Densitas
gr/cm3
Kuat
tekan,
kg/mm2
Kuat
lentur
kg/mm2
0.2 1,22 0.499 0.117
2 1,22 0.316 0.120
3 1,22 0.3342 0.142
4 1,22 0.3221 0.141
5 1,22 0.3312 0.145
6 1,22 0.3112 0.143
7 1,22 0.2683 0.149
Gambar 8, Pengaruh panjang serat
terhadap kuat tekan material komposit.
Pada tabel 4 dan gambar 8 dapat diamati
bahwa semakin panjang serat yang
digunakan semakin kecil kuat tekan
material komposit. Hal ini disebabkan
serat yang digunakan dalam penelitian ini
diambil langsung dari limbah serat aren
apa adanya tanpa terlebih dahulu
dilakukan penyeragaman orientasi serat,
sehingga meskipun serat cukup panjang
tetapi tidak lurus atau berbelok-belok
sehingga membentuk tumpukan serat yang
tebal, tumpukan ini memiliki sifat yang
elastis sehingga mengurangi kuat tekan
material komposit. Apabila material
komposit akan digunakan untuk kuat tekan
tinggi sebaiknya dibuat dengan panjang
serat yang kecil atau dilakukan pengaturan
orientasi serat secara lurus sehingga
terbentuk serat yang langsung terikat
dengan matrik, tidak menggumpal diantara
serat.
Gambar 9. Pengaruh panjang serat
terhadap kuat lentur
Pada gambar 9, bisa diamati bahwa
semakin panjang serat yang digunakan,
semakin besar kuat lentur material
komposit. Hal ini disebabkan serat
memiliki elastisitas yang tinggi, sementara
matrik memiliki kekerasan yang tinggi,
maka semakin panjang serat akan
menjadikan material komposit semakin
lentur karena serat akan mengisi matrik
pada daerah yang lebih panjang ,
peningkatan kelenturan ini terjadi karena
bagian matrik yang terisi oleh serat akan
mengalami penurunan kekerasan dan
meningkat kelenturannya/elastisitasnya
karena terpengaruh oleh sifat serat, maka
semakin panjang serat kelenturan material
akan semakin. Apabila material komposit
akan digunakan untuk kuat lentur tinggi
sebaiknya dibuat dengan serat yang.lebih
panjang.. 2. Pengaruh Tekanan Cetak
Penelitian dilakukan dengan membuat
material komposit berupa bahan uji dengan
volume tertentu (94cm3), menggunakan
51
campuran resin dan serat aren dengan
perbandingan berat 7:1, ditambah
katalisator sebanyak 10% berat resin,
panjang serat 2cm dan kuat tekan pada
pencetakan divariasikan (50, 60 dan 70
kg/mm2 ). Data penelitian dapat dilihat pada
tabel 5. serta gambar 10 dan 11.
Tabel 5. Pengaruh tekanan cetak terhadap
kuat tekan dan kuat lentur material
komposit. (perbandingan resin:serat = 7:1,
panjang serat 2 cm, jumlah katalis 10%
massa resin)
Tekanan
cetak,
kg/mm2
Densitas
gr/cm3
Kuat
tekan,
kg/mm2
Kuat
lentur
kg/mm2
50 1,22 0.4521 0.124
60 1,22 0.2694 0.112
70 1,22 0.4714 0.109
Gambar 10. Pengaruh tekanan cetak
terhadap kuat tekan material komposit.
Gambar 11. Pengaruh tekanan cetak
terhadap kuat lentur material komposit.
Tekanan saat pencetakan
(pembuatan) papan komposit memiliki
pengaruh yang signifikan terhadap sifat
mampu tekan dan kemampuan lentur dari
benda uji. Pada kemampuan lentur
diperoleh hasil dimana semakin besar
tekanan pencetakan, kemampuan lenturnya
semakin menurun, hal ini disebabkan pada
tekanan yang semakin tinggi serat semakin
tertekan dan pori-porinya dapat terisi oleh
resin sehingga hal ini akan mengakibatkan
serat kehilangan sifat elastisnya yang pada
gilirannya akan menurunkan sifat lentur
dari material komposit, penekanan yang
besar juga akan mengakibatkan fraksi
volome serat menurun jika dibandingkan
dengan volome resin yang juga berakibat
pada peningkatan kekerasan material
komposit, hal inilah yang kemudian
meningkatkan kemampuan tekan dari
benda uji (material komposit)
3. Kualitas material komposit.
Untuk mengetahui kualitas material
komposit yang dihasilkan dalam penelitian ini,
dilakukan dengan cara memban-dingkannya
dengan material komposit yang ada dalam
perdagangan yang dapat dilihat dalam tabel 5.
Tabel 5. Perbandingan kualitas material
komposit
Material komposit serat aren
52
Kuat tekan maksimal 0,499 kg/mm2
Kuat lentur maksimal 0,149 kg/mm2
Material komposit dalam perdagangan
Kuat tekan 0,248 kg/mm2
Kuat lentur 0,082 kg/mm2
Dari hasil pengujian tersebut dapat
dilihat bahwa ditinjau dari kuat tekan dan kuat
lentur material komposit, kualitas material
komposit serat aren yang dihasilkan dalam
penelitian ini lebih baik dibanding material
komposit yang ada di pasaran. Material
komposit yang ada di pasaran biasa digunakan
untuk pembuatan mebel, maka dari uji kualitas
tersebut dapat disimpulkan bahwa material
komposit serat aren dapat digunakan sebagai
bahan pembuat mebel yang lebih kuat, atau
dapat digunakan untuk keperluan lain yang
memerlukan kekuatan lebih besar.
KESIMPULAN
Dari penelitian yang sudah dilakukan
dapat disimpulkan bahwa:
1.Pengaruh perbandingan resin (matrik)
dengan serat menunnjukkan bahwa
semakin tinggi angka perbandingan resin
dengan serat meningkatkan kekuatan
tekan dan kekuatan lentur serta
menurunkan densitas, sehingga semakin
besar angka perbandingan resin dengan
serat kualitas material komposit semakin
baik. ( sampai batas data yang ada dalam
penelitian ini), untuk peningkatan
perbandingan selanjutnya perlu dikaji
lagi,
2.Panjang serat berpengaruh pada sifat
mampu takan dan kelenturan material
komposit, semakin panjang serat akan
mengakibatkan penurunan kemampuan
tekan namun meningkatkan kelenturan.
3.Besar gaya penekanan pada saat
pencetakan benda uji berpengaruh pada
sifat mampu tekan dan sifat lentur bahan,
semakin besar gaya penekanan akan
meningkatkan kemampuan tekan tapi
sebaliknya akan menurunkan sifat lentur
dari bahan.
4.Dari hasil penelitian diketahui bahwa
dengan menggunakan perbandingan
berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10%
massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 ,
serta serat yang panjang (7 cm)
diperoleh komposit dengan kuat lentur
yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi
kuat tekan relatif rendah(0,2683
kg/mm2), namun apabila digunakan serat
yang pendek (0,2 cm) diperoleh
komposit dengan kuat tekan yang relatif
lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat
lentur cenderung lebih kecil (0,117
kg/mm2)
5.Ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur
material komposit, kualitas material
komposit serat aren yang dihasilkan
dalam penelitian ini lebih baik dibanding
material komposit yang ada di pasaran.
DAFTAR PUSTAKA
Abe, K., Iwamoto, S., Yano, H. 2007.
Obtaining Cellulose Nanofibers with
a Uniform Width of 15 nm from
Wood. Biomacromolecules 8(10),
3276-3278.
Alemdar, A., Sain. M. 2008.
Biocomposites from Wheat Straw
Nanofibers: Morphology, Thermal
and Mechanical Properties.
Composites Science and Technology
68: 557-565
Bisanda, E.T.N. 2000. The Effect of Alkalli
Treatment on the Adhesion
Characteristics of Sisal Fibers.
Applied Composite Materials 7: 331-
339
De souza, M.F,dan PS Batista, 2004 “Rice
hull – derived silica: Application in
portland cement and mullite
whiskers”. www.fftc.org
53
Henriksson, M., Henriksson, G., Berglund,
L.A., Lindstorm. T. 2007. An
Enviromentally Method for Enzyme
Assisted Preparation of
Microfibrillated Cellulose (MFC)
Nanofibers. European Polymer
Journal, 43: 3434-3441
Hyer, W Michael, 1998.,”Stress and
analysis of fiber reinforced
composite material, Mc Graw Hill
International Edition.
Nakagaito, A. N., Yano, H. 2004. The
Effect of Morphological Changes
from Pulp Fiber Towards Nano
Sclae Fibrillated Cellulose on the
Mechanical Properties of High
Strength Plant Fiber Based
Composites.Applied Physics A78:
547-552
Nugroho, Rahmat Adi, 2010., Uji
Deskripsi Redaman Suara Pada Plat
Hasil Pengolahan Limbah Serabut
Dan Serbuk Aren Dengan Proses
Tekan Cetak 5 Bar Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas
Diponegoro Semarang
Oksman, K., Skrifvas, M., Selin, J.F. 2003.
Natural Fibers as Reinforcement in
Polylactid Acid (PLA) Composites.
Composites Science Technology, 63:
1317-1324.
Smith F William, 2000 “Principles of
Materials And Engineering” 3rd
Edition,Mc Graw Hill International
Edition.
Yoshida, S.; Ohnishi, Y. dan Kitaghisi, K.
2004,. “Soil Science and Plant
Nutrition,” Departement of Material
Science, Tokyo university of Tokyo,
Zimmermann, T., Pohler, E., Geiger, T.
2004. Cellulose Fibrils for Polymer
Reinforcement. Advanced
Engineering Science, 6(9): 754-761
54
Lampiran 6. Draft Seminar
PEMAFAATAN LIMBAH SERAT AREN SEBAGAI BAHAN BAKU
PEMBUATAN MATERIAL KOMPOSIT / PAPAN PARTIKEL
Sudarsono1*, Saiful Huda2, Murni Yuniwati3, Purnawan4
1,2Jurusan Teknik Mesin, 3Jurusan Teknik Kimia, 4Jurusan Teknik Lingkungan
Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta
ABSTRAK Saat ini limbah aren hanya dibuang ke sungai, sehingga merusak lingkungan dan mengganggu fungsi sungai sebagai saluran air hujan dan pengairan. Upaya yang dapat dilakukan adalah memanfaatkan limbah tersebut menjadi produk yang dapat dimanfaatkan dan memiliki nilai ekonomis yang menguntungkan bagi masyarakat. Penelitian ini memanfaatkan limbah serat aren sebagai bahan baku pembuatan material komposit. Penelitian dilakukan dengan mencampur serat aren dengan resin dan katalisator (hardener), campuran dicetak dengan pengepresan. Pengepresan dilakukan selama dua puluh empat jam. Hasil yang diperoleh diuji kekuatan tarik maupun kekuatan lenturnya, serta diukur densitasnya. Variabel yang dipelajari dalam penelitian ini adalah perbandingan berat resin dan serat aren, ukuran serat aren serta besarnya tekanan untuk proses pengepresan. Hasil penelitian dengan menggunakan perbandingan berat resin:serat = 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm
2 , serta panjang serat 7 cm,
diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149 kg/mm2) tetapi kuat
tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm2). Namun apabila digunakan serat yang pendek
(panjang serat 0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang relatif lebih besar (0,499 kg/mm
2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil (0,117 kg/mm
2). Ditinjau
dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran.
Kata kunci: Serat, Aren, Komposit
ABSTRACT
Currently palm fiber waste just dumped into the river, thus damaging the environment
and disrupt the function of the river as a channel for rain water and irrigation. Efforts
to do is utilize the waste into products that can be utilized and have a favorable
economic value for the community.
This study utilized palm fiber waste as raw material for composite materials. The
study was conducted by mixing palm fiber with resin and catalyst (hardener), a
mixture is formed by pressing. Pressing is done for twenty-four hours. The results
tested the compressive strength and bending strength, and density were measured. The
variables studied in this research is the weight ratio of resin and palm fiber, palm fiber
size and the amount of pressure for pressing process.
The results using a weight ratio of resin: fiber = 7:1, catalyst weight 10% resin mass,
pressure forming 70 kg/mm2, and fiber length of 7 cm, obtained composites with
relatively high flexural strength (0.149 kg/mm2) but strong press relatively low
(0.2683 kg/mm2). However, when used short fiber (fiber length 0.2 cm) is obtained
composite with compressive strength relatively larger (0.499 kg/mm2), but tend to be
55
smaller flexural strength (0,117 kg/mm2). In terms of compressive strength and
flexural strength of composite materials, the quality of palm fiber composite material
produced in this study is better than composite materials on the market.
Keywords: Fiber, Aren, Composites
*Corresponding author’s email : [email protected], Tel. +62-274-544700, Fax.
+62-274-563847
PENDAHULUAN
Aren (Arenga pinnata Wurmb) merupakan tumbuhan berbiji tertutup dimana biji
buahnya terbungkus daging buah. Tepung aren dapat digunakan untuk pembuatan
aneka produk makanan, terutama produk yang sudah dikenal masyarakat luas, yaitu
soun, cendol, bakmi, dan hun kwe. Dalam proses pembuatan pati dihasilkan limbah
berupa serat aren yang tidak termanfaatkan dan berpotensi mencemari lingkungan
seperti terlihat pada Gambar 1.
Lignoselulosa yang berasal dari kayu dan nonkayu (bambu, sisal, kenaf, rami, abaka,
sabut, kelapa, dan lain-lain) merupakan bahan yang sangat melimpah keberadaannya
di muka bumi. Bahan serat ini dapat diproses lebih lanjut menjadi mikrofibril selulosa
yang mempunyai diameter kurang dari 100 nm. Serat nano mempunyai sifat-sifat
yang khas seperti sangat kuat, rasio permukaan terhadap volume yang besar dan
sangat porous. Sifat sifat tersebut membuat serat nano merupakan bahan yang sangat
menjanjikan untuk industri komposit, bahan otomotif, pulp dan kertas, elektronik, dan
industri lainnya.
Gambar 1. Limbah aren yang dibuang ke sungai
Sebagai komponen penguat di dalam material komposit, serat alam ini mempunyai
keunggulan antara lain sifatnya yang dapat diperbarui, dapat didaur ulang serta dapat
terbiodegradasi di lingkungan (Zimmermann et al., 2004). Selain itu, serat alam
mempunyai sifat mekanik yang baik dan lebih murah dibandingkan dengan serat
sintetik. Dilain pihak serat alam memiliki kelemahan terutama kemudahannya
menyerap air, kualitas yang tidak seragam, serta memiliki kestabilan yang rendah
terhadap panas (Oksman et al., 2003).
Kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran diameter serat (Zimmermann et al.,
2004). Semakin besar diameter serat maka semakin rendah nilai kekuatan tarik
(tensile strength) dan modulus elastisitas (modulus of elasticity/ MOE), demikian
pula sebaliknya.
Dari penelitian yang pernah dilakukan serat aren memiliki kadar alfa sellulose yang
cukup tinggi yaitu sebesar 95,34% dan memiliki kategori serat panjang dengan
56
demikian dapat dimanfaatkan sebagai komponen penguat di dalam material komposit
(Purnawan, 2010).
Resin adalah bahan polimer, dalam komposit sebagai matrik. Resin sebagai matrik
mempunyai fungsi sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi
kekuatan pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima
oleh komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi (Hyer W Michael, 1998
).
Komposit adalah sebuah sistem material yang tersusun atas campuran atau kombinasi
dari dua atau lebih partikel mikro maupun makro yang berbeda bentuk maupun
komposisi kimianya yang terikat secara erat satu dengan yang lain. (Smith, F
William, 2000). Keunggulan yang dimiliki oleh komposit antara lain bobotnya jauh
lebih ringan daripada material teknik lain atau baja pada khususnya.
Tujuan Penelitian
Mempelajari cara pembuatan material komposit dari limbah yang berupa serat aren,
dengan mengamati variabel-variabel yang berpengaruh terhadap karakteristik
material komposit serat aren yang dihasilkan (perbandingan bahan, ukuran bahan,
besarnya tekanan pada pengepresan), serta membandingkan karakteristik produk
material komposit serat aren dengan material komposit yang lain yang ada dalam
perdagangan.
METODOLOGI PENELITIAN
Prosedur Penelitian
Bahan serat aren dicampur dengan resin dengan perbandingan tertentu dan
ditambahkan katalis (untuk mempercepat pengerasan). Pencampuran dilakukan
dengan pengadukan hingga homogen. Campuran yang telah homogen dimasukkan ke
dalam pencetak yang terbuat dari baja, kemudian dilakukan pengepresan dengan
menggunakan mesin press selama 24 jam.
Setelah pengepresan didiamkan beberapa saat agar material komposit mengeras,
setelah itu material komposit dilepas dari cetakan. Dilakukan pengujian sifat fisis dan
sifat mekanis dari material komposit yang dihasilkan. Penelitian dilakukan dengan
variabel perbandingan resin dengan serat, panjang serat serta kekuatan tekan pada
proses pengepresan.
Pengolahan data dilakukan untuk dapat mengetahui bagaimana pengaruh variabel
variabel tersebut terhadap sifat fisis dan sifat mekanis material komposit yang
dihasilkan. Dari penelitian tersebut diharapkan dapat diketahui cara pembuatan
material komposit, perbandingan bahan, panjang serat serta kekuatan tekan yang baik
untuk memperoleh material komposit dengan kualitas yang baik.Untuk mengetahui
kualitas material komposit, dilakukan juga uji fisis dan mekanis terhadap material
komposit sejenis yang ada di pasaran.
Pengujian Kekuatan Ikatan Internal (Internal Bond Strength)
Kekuatan tarik tegak lurus terhadap permukaan diukur untuk melihat ketahanan bahan
ditarik dengan arah tegak lurus permukaannya. Benda uji seluas 50 mm persegi
ditempelkan dengan lem pada blok pembebanan dari baja atau paduan aluminium
dengan dimensi yang sama. Kekuatan ikatan internal adalah sifat yang penting dari
papan komposit, dihitung menggunakan persamaan (1).
bL
PIB = …....……......………………............................................................................(
1)
IB : Internal Bond ikatan internal), kPa
P : beban maksimum, N
57
b : lebar benda uji, mm
L : panjang benda uji, mm
Pengujian Modulus Elastisitas (MOE) dan Modulus Pecah (MOR)
Untuk mendapatkan modulus elastisitas (modulus of elasticity, MOE) dan
modulus pecah (modulus of rupture, MOR) digunakan pengujian lengkung statik
(static bending test) menggunakan Three Point Bending Test (Gambar 2). F
L/2
LF/2F/2
Gambar 2. Diagram pengujian bending (ASTM Standard C1161).
Sifat ini dijabarkan dari kemiringan (slope) dari porsi garis lurus dari kurva
lengkungan beban (P1/Y1). MOE dihitung dengan formula berikut:
( )( )1
3
3
1
4 Ybd
LPMOE = …………..........………........................................................................
(2)
MOE : kekakuan (muncul sebagai modulus elastisitas), kPa
P1 : beban pada batas proporsional, N
L : panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji
b : lebar benda uji, mm
d : tebal benda uji, mm
Y1 : titik pusat kelengkungan pada batas proporsional, mm
Modulus pecah (modulus of rupture, MOR) menjadi pengukuran yang umum dari
kekuatan lengkung komposit papan. MOR adalah tegangan lengkung puncak dari
suatu bahan dalam lendutan (flexure) atau lengkungan (bending), dan sering
digunakan untuk membandingkan satu bahan dengan yang lain.
22
3
bd
PLMOR = ………………..….…..............................................................................(
3)
MOR : Modulus of Rupture, kPa
P : beban maksimum, N
L : panjang benda uji, mm, 24 kali tebal benda uji
b : lebar benda uji, mm
d : tebal benda uji, mm
Pengujian kandungan air
Kandungan air rata-rata dari suatu panel pada waktu proses pengiriman dari pabrik
tidak boleh melebihi 10% (berdasarkan berat kering oven) untuk semua tingkatan
material komposit. Rata-rata kandungan air dari papan keras seharusnya tidak kurang
dari 2% atau tidak boleh lebih 9%. Tiga spesimen seharusnya dipotong dari tempat
yang berbeda dalam material komposit dan hasil pengujiannya dirata-ratakan. Pada
58
umumnya, suatu benda uji lebar 76 mm dengan panjang 152 mm dengan ketebalan
penuh digunakan untuk mendapatkan dengan akurasi tidak lebih dari ± 0,3% dan berat
secara akurat tidak lebih dari ± 0,21%. Berat kering oven dari benda uji yang
diperoleh sesudah pengeringan pada 103 ± 2°C sampai berat konstan dicapai.
Kandungan air dihitung sebagai berikut:
( )
−=
f
fwM 100 ………….……............................................................................…(
4)
M : kandungan air
w : berat mula-mula
f : berat setelah pengeringan oven
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh perbandingan resin/serat
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan
volume tertentu (94cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan
perbandingan berat resin/serat yang divariasikan (3,4,5,6,7,8,9,10), ditambah
katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat yang digunakan 2 cm dan kuat
tekan pada proses pencetakan 70 kg/mm2 . Data penelitian diperlihatkan oleh gambar
5, 6 dan 7.
Pada gambar 3, dapat diamati bahwa semakin besar perbandingan resin dengan serat
semakin besar kuat tekan material komposit. Dengan kata lain penambahan serat ke
dalam resin menurunkan kuat tekan dari material komposit yang dihasilkan. Selain itu
semakin besar jumlah serat dalam komposit menyebabkan material komposit
mengembang (volume membesar) pada saat komposit dari pencetak dibiarkan di
udara terbuka, karena jumlah resin pengikat serat tidak mencukupi sehingga daya ikat
antara resin dengan serat kurang kuat.
Pada gambar 4 dapat diamati bahwa grafik hubungan perbandingan resin dan serat
dengan kuat lentur komposit yang dihasilkan, tidak terlalu signifikan, berkisar antara
0,1 hingga 0,2.
Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa semakin besar perbandingan resin dan serat maka
semakin kecil densitas material komposit yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena
densitas serat (1,5gr/cm3) lebih besar dari densitas resin (1,25 gr/cm
3), sehingga
dengan volume yang sama, semakin besar jumlah resin desitas akan semakin kecil.
Perbandingan resin dan serat yang relatif baik pada pembuatan material komposit
adalah 7, dengan pertimbangan pemanfaatan serat maksimal, dengan karakteristik
produk yang cukup baik yaitu kuat tekan 0,316 kg/cm2 dan kuat lentur 0,12 kg/cm
2
serta densitas 1,22 gr/cm3 serta material komposit tidak mengalami perubahan
volume setelah pencetakan.
59
Gambar 3. Pengaruh perbandingan resin
dan serat terhadap kuat tekan material
komposit
Gambar 4. Pengaruh perbandingan resin
dan serat terhadap kuat lentur material
komposit
Gambar 5. Pengaruh perbandingan resin dan serat terhadap densitas material
komposit
Pengaruh ukuran serat
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan
volume 94cm3, menggunakan campuran resin dan serat aren dengan perbandingan
berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, dan kuat tekan pada
pencetakan 70 kg/mm2 Panjang serat yang digunakan divariasikan (0.2, 2, 3, 4, 5, 6, 7
cm). Data penelitian dapat dilihat pada gambar 8 dan 9.
60
Gambar 6. Pengaruh panjang serat
terhadap kuat tekan material komposit.
Gambar 7. Pengaruh panjang serat
terhadap kuat lentur
Pada gambar 6 dapat diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan semakin
kecil kuat tekan material komposit. Hal ini disebabkan serat yang digunakan dalam
penelitian ini diambil langsung dari limbah serat aren apa adanya tanpa terlebih
dahulu dilakukan penyeragaman orientasi serat, sehingga meskipun serat cukup
panjang tetapi tidak lurus atau berbelok-belok sehingga membentuk tumpukan serat
yang tebal, tumpukan ini memiliki sifat yang elastis sehingga mengurangi kuat tekan
material komposit. Apabila material komposit akan digunakan untuk kuat tekan
tinggi sebaiknya dibuat dengan panjang serat yang kecil atau dilakukan pengaturan
orientasi serat secara lurus sehingga terbentuk serat yang langsung terikat dengan
matrik, tidak menggumpal diantara serat.
Pada gambar 7, bisa diamati bahwa semakin panjang serat yang digunakan, semakin
besar kuat lentur material komposit. Hal ini disebabkan serat memiliki elastisitas yang
tinggi, sementara matrik memiliki kekerasan yang tinggi, maka semakin panjang serat
akan menjadikan material komposit semakin lentur karena serat akan mengisi matrik
pada daerah yang lebih panjang , peningkatan kelenturan ini terjadi karena bagian
matrik yang terisi oleh serat akan mengalami penurunan kekerasan dan meningkat
kelenturannya/elastisitasnya karena terpengaruh oleh sifat serat, maka semakin
panjang serat kelenturan material akan semakin. Apabila material komposit akan
digunakan untuk kuat lentur tinggi sebaiknya dibuat dengan serat yang.lebih panjang.
Pengaruh Tekanan Cetak
Penelitian dilakukan dengan membuat material komposit berupa bahan uji dengan
volume tertentu (94 cm3), menggunakan campuran resin dan serat aren dengan
perbandingan berat 7:1, ditambah katalisator sebanyak 10% berat resin, panjang serat
2cm dan kuat tekan pada pencetakan divariasikan (50, 60 dan 70 kg/mm2 ). Data
penelitian dapat dilihat pada gambar 8 dan 9.
61
Gambar 8. Pengaruh tekanan cetak
terhadap kuat tekan material komposit
Gambar 9. Pengaruh tekanan cetak
terhadap kuat lentur material komposit.
Tekanan saat pencetakan papan komposit memiliki pengaruh yang signifikan terhadap
sifat mampu tekan dan kemampuan lentur dari benda uji. Pada kemampuan lentur
diperoleh hasil dimana semakin besar tekanan pencetakan, kemampuan lenturnya
semakin menurun, hal ini disebabkan pada tekanan yang semakin tinggi serat semakin
tertekan dan pori-porinya dapat terisi oleh resin sehingga hal ini akan mengakibatkan
serat kehilangan sifat elastisnya yang pada gilirannya akan menurunkan sifat lentur
dari material komposit, penekanan yang besar juga akan mengakibatkan fraksi
volome serat menurun jika dibandingkan dengan volome resin yang juga berakibat
pada peningkatan kekerasan material komposit.
Kualitas material komposit
Untuk mengetahui kualitas material komposit yang dihasilkan, dilakukan dengan cara
membandingkannya dengan material komposit yang ada dalam perdagangan yang dapat
dilihat dalam tabel 1. Dari hasil pengujian tersebut dapat dilihat bahwa ditinjau dari kuat
tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material komposit serat aren yang dihasilkan
dalam penelitian ini lebih baik dibanding material komposit yang ada di pasaran. Material
komposit yang ada di pasaran biasa digunakan untuk pembuatan mebel, maka dari uji kualitas
tersebut dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa material komposit serat aren dapat digunakan
sebagai bahan pembuat mebel yang lebih kuat.
Tabel 1. Perbandingan kualitas material komposit
Material komposit serat aren
Kuat tekan maksimal 0,499 kg/mm2
Kuat lentur maksimal 0,149 kg/mm2
Material komposit dalam perdagangan
Kuat tekan 0,248 kg/mm2
62
Kuat lentur 0,082 kg/mm2
KESIMPULAN
Dari penelitian yang sudah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Pengaruh perbandingan resin (matrik) dengan serat menunnjukkan bahwa
semakin tinggi angka perbandingan resin dengan serat meningkatkan kekuatan
tekan dan kekuatan lentur serta menurunkan densitas, sehingga semakin besar
angka perbandingan resin dengan serat kualitas material komposit semakin baik
2. Panjang serat berpengaruh pada sifat mampu tekan dan kelenturan material
komposit, semakin panjang serat akan mengakibatkan penurunan kemampuan
tekan namun meningkatkan kelenturan.
3. Besar gaya penekanan pada saat pencetakan benda uji berpengaruh pada sifat
mampu tekan dan sifat lentur bahan, semakin besar gaya penekanan akan
meningkatkan kemampuan tekan tapi sebaliknya akan menurunkan sifat lentur
dari bahan.
4. Dari hasil penelitian diketahui bahwa menggunakan perbandingan berat resin:serat
= 7:1, berat katalis 10% massa resin, tekanan cetak 70 kg/mm2 , serta serat yang
panjang (7 cm) diperoleh komposit dengan kuat lentur yang relatif tinggi (0,149
kg/mm2) tetapi kuat tekan relatif rendah(0,2683 kg/mm
2), namun apabila
digunakan serat yang pendek (0,2 cm) diperoleh komposit dengan kuat tekan yang
relatif lebih besar (0,499 kg/mm2), namun kuat lentur cenderung lebih kecil
(0,117 kg/mm2)
5. Ditinjau dari kuat tekan dan kuat lentur material komposit, kualitas material
komposit serat aren yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih baik dibanding
material komposit yang ada di pasaran.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai oleh DP2M Dirjen Dikti melalui skema penelitian Hibah
Bersaing tahun 2013.
DAFTAR PUSTAKA
Hyer, W Michael, 1998.,”Stress and analysis of fiber reinforced composite material,
Mc Graw Hill International Edition.
Oksman, K., Skrifvas, M., Selin, J.F. 2003. Natural Fibers as Reinforcement in
Polylactid Acid (PLA) Composites. Composites Science Technology, 63: 1317-
1324.
Purnawan dan Sudarsono, 2010, Pemanfaatan Limbah Padat (Serat) Industri
Pengolahan Sagu Sebagai Bahan Pembuatan Nitrosellulosa, Prosiding Seminar
Nasional Pengelolaan Lingkungan Hidup
Smith F William, 2000 “Principles of Materials And Engineering” 3rd
Edition,Mc
Graw Hill International Edition.
Zimmermann, T., Pohler, E., Geiger, T. 2004. Cellulose Fibrils for Polymer
Reinforcement. Advanced Engineering Science, 6(9): 754-761
63