laporan hibah 2013(1).pdf

72
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

Upload: lyque

Post on 26-Jan-2017

240 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 2: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

ii

Page 3: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 4: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

iv

dimanfaatkan menjadi bahan perabot rumah tangga bahkan dengan dengan kualitas yang

lebih bagus.

Page 5: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 6: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 7: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 8: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 9: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 10: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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).

Page 11: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 12: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 13: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 14: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 15: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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).

Page 16: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 17: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 18: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 19: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 20: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 21: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 22: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 23: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 24: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 25: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 26: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 27: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 28: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 29: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 30: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 31: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 32: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 33: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 34: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 35: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 36: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 37: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 38: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

.

Page 39: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 40: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 41: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

32

LAMPIRAN

Lampiran 1. Kegiatan Penelitian

FOTO KEGIATAN PENELITIAN

Proses pengeringan serat aren Pemotongan serat aren

Serat aren kering terpotong Resin dan katalis

Page 42: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

33

Proses pencampuran Proses pencetakan

Proses pengepresan

Page 43: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

34

Material komposit hasil Proses pengujian

Proses pengujian kuat tekan Proses pengujian kuat lentur

Page 44: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 45: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 46: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 47: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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,

Page 48: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 49: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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)

Page 50: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 51: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 52: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 53: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 54: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 55: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 56: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 57: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 58: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 59: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 60: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 61: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 62: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 63: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 64: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 65: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 66: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 67: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 68: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 69: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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.

Page 70: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 71: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

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

Page 72: LAPORAN HIBAH 2013(1).pdf

63