pengaruh kandungan lem kanji terhadap sifat tarik dan densitas

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

commit to user

iii

PENGARUH KANDUNGAN LEM KANJITERHADAP SIFAT TARIK DAN DENSITAS

KOMPOSIT KORAN BEKAS

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syaratUntuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

DANANG SUTO HAPSOROI 0403021

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2010


commit to user

iv

HALAMAN PENGESAHAN

PENGARUH KANDUNGAN LEM KANJI TERHADAP SIFAT TARIKDAN DENSITAS KOMPOSIT KORAN BEKAS

Disusun oleh:

Danang Suto HapsoroNIM. I 0403021

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Santoso, Ir. M.Eng.Sc Kuncoro Diharjo, ST.,MT.,Dr.NIP. 19450824 198012 1 001 NIP. 19710103 199702 1 001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Jumat, tanggal 30Juli 2010:

1. Wijang Wisnu Raharjo, Ir.,MT. :…………………………………..NIP. 19681004 199903 1 002

2. Dody Ariawan, ST.,MT. :…………………………………..NIP. 19730804 199903 1 003

3. Muh. Nizam, ST.,MT.,Dr. :…………………………………..NIP. 19700720 199903 1 001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir

Dody Ariawan, ST.,MT. Wahyu Purwo Raharjo, ST.,MTNIP. 19730804 199903 1 003 NIP. 19720229 200012 1 001


commit to user

v

MOTTO

“Memberi untuk menerima lebih banyak”(Harvey dan Azim)

“muda foya-foya, tua kaya raya, mati masuk surga”(Penulis)

“Memberi lebih baik daripada menerima”(Rahman Kilikili)

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan untuk :

Bapak dan ibu

Segenap sanak saudara

GEMAPALA

Kawan-kawan semua

Indonesia


commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini

dengan baik dan lancar. Sholawat serta salam bagi Nabi Muhammad SAW

sebagai sosok teladan yang patut dan harus kita ikuti semua tindak-tanduk beliau.

Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat guna

memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

berpartisipasi dalam menyelesaikan skripsi ini, yaitu kepada:

1. Bapak Santoso, Ir.,M.Eng.Sc. selaku dosen pembimbing I.

2. Bapak Kuncoro Diharjo, ST.,MT.,Dr. selaku dosen pembimbing II.

3. Bapak Dody Ariawan, ST. MT. selaku ketua jurusan Teknik Mesin

sekaligus pembimbing akademis.

4. Bapak-bapak dosen tim penguji.

5. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas

Maret Surakarta.

6. Muhamad Rafi dan Ridwan Afandi selaku kawan seperjuangan.

7. Asisten dan semua kawan-kawan di Lab. Material.

8. Seluruh kawan-kawan angkatan 2003.

9. Seluruh pihak yang telah membantu baik pikiran, tenaga, maupun materiil.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna,

untuk itu masukan dan saran yang berfsifat membangun penulis terima dengan

lapang dada. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para

pembaca.

Surakarta, Juli 2010

Danang Suto Hapsoro


commit to user

vii

DAFTAR ISI

Hal

HALAMAN JUDULHALAMAN PENGESAHANMOTTO DAN PERSEMBAHANABSTRAK ........................................................................................................ ivKATA PENGANTAR ...................................................................................... viDAFTAR ISI ..................................................................................................... viiDAFTAR TABEL ............................................................................................. viiiDAFTAR GAMBAR ........................................................................................ ixDAFTAR NOTASI ........................................................................................... xDAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiBAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang................................................................................... 11.2. Perumusan Masalah........................................................................... 21.3. Batasan Masalah ................................................................................ 31.4. Tujuan Penelitian............................................................................... 31.5. Manfaat Penelitian............................................................................. 3

BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 42.1. Studi Penelitian Terdahulu ................................................................ 42.2. Dasar Teori ........................................................................................ 5

2.2.1. Komposit ......... .................................................................... 52.2.2. core ......... ............................................................................. 62.2.3. Serat ......... ............................................................................ 62.2.4. Matrik / Pengikat ......... ........................................................ 72.2.5. Kanji ......... ........................................................................... 82.2.6. Ikatan Antar Material ........................................................... 82.2.7. Sifat Tarik Komposit ......... .................................................. 92.2.8. Densitas Komposit ............................................................... 11

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 123.1. Bahan Penelitian ............................................................................... 123.2. Alat Penelitian .................................................................................. 123.3. Pelaksanaan Penelitian ..................................................................... 133.4. Uji Tarik ........................................................................................... 133.5. Uji Densitas ....................................................................................... 143.6. Tabel Proses Pembuatan Panel Komposit ........................................ 143.7. Alur Penelitian .................................................................................. 15

BAB IV HASIL DAN ANALISA. .................................................................... 164.1. Pengujian Tarik Komposit ............................................................... 16

4.1.1. Kekuatan Tarik Komposit ....................................................... 164.1.2. Regangan Tarik Komposit ......... ............................................. 174.1.3. Modulus Tarik Komposit ........................................................ 184.1.4. Pengamatan Permukaan Patah Uji Tarik ......... ....................... 19

4.2. Densitas Komposit...................................... ...................................... 21BAB V KESIMPULAN..................................................................................... 23

5.1. Kesimpulan........................................................................................ 235.2. Saran .................................................................................................. 23

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 24LAMPIRAN....................................................................................................... 26


commit to user

viii

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 3.1Tabel 4.1

Proses Pembuatan Panel Komposit ….......................................Klasifikasi Komposit Panel

1421


commit to user

ix

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1Gambar 2.2Gambar 3.1Gambar 3.2Gambar 3.3Gambar 4.1Gambar 4.2Gambar 4.3Gambar 4.4Gambar 4.5Gambar 4.6Gambar 4.7

Debonding pada Fiber Reinforced Plastic (FRP).....................Skema pengujian tarik material (ASTM D-1037).....................Peralatan penelitian...................................................................Dimensi Spesimen Uji Tarik (ASTM D-1037).........................Diagram alir penelitian..............................................................Kurva hubungan kekuatan tarik komposit-kandungan kanji...Grafik Pembanding kekuatan tarik panel core koran bekas......Kurva hubungan regangan tarik komposit-kandungan kanji...Kurva hubungan modulus tarik komposit-kandungan kanji ...Bentuk patahan uji tarik komposit koran bekas........................Permukaan patah uji tarik komposit koran bekas.....................Kurva hubungan densitas komposit-kandungan kanji.............

91012131516171718192021


commit to user

x

DAFTAR NOTASI

PlwtAm

LL

c

E

c

= Beban maksimum (N)= Panjang spesimen (mm)= Lebar spesimen (mm)= Tebal spesimen (mm)= luas penampang rata-rata komposit (mm2)= Massa komposit= Pertambahan panjang (mm)= Panjang daerah ukur (mm)

= Kekuatan tarik komposit (MPa)= Regangan= Modulus elastisitas (MPa)= Densitas komposit (kg/m3)


commit to user

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Hal

Lampiran 1 Data uji tarik komposit kertas koran bekas.................................Lampiran 2 Data uji densitas komposit kertas koran bekas...........................Lampiran 3 Data uji kadar air........................................................................Lampiran 4 Grafik uji tarik komposit kertas koran bekas..............................

27282930


commit to user

iv

DANANG SUTO HAPSOROILMU BAHAN

Pengaruh Kandungan Lem Kanji TerhadapSifat Tarik dan Densitas Komposit Koran Bekas

ABSTRAK

Tujuan penelitian ini adalah meneliti pengaruh kandungan lem kanjiterhadap densitas dan sifat tarik komposit koran bekas. Bahan utama penelitianadalah koran bekas dan lem kanji. Komposit dibuat dengan variasi kandunganlem kanji 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20% (w/w). Pengujian tarik kompositmengacu pada standar ASTM D-1037. Pengujian tarik dilakukan denganmenggunakan Universal Testing Machine. Penampang patahan diamatimenggunakan foto makro. Pengujian densitas juga mengacu pada standar ASTMD-1037. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik, regangan tarik, dandensitas komposit hingga kandungan lem kanji 20% naik seiring dengan semakinbanyak penambahan lem kanji, namun nilai modulus tarik komposit turun.Komposit tanpa kandungan lem kanji mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar0,57 MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,0009804 mm/mm, nilai modulus tarik

sebesar 719,02 MPa, dan nilai densitas sebesar 0,6082 gram/cm 3 . Kompositdengan kandungan lem kanji 20% mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar 1,79MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,0006863 mm/mm, nilai modulus tarik sebesar

2965,64 MPa, dan nilai densitas sebesar 0,6633 gram/cm 3 . Semakin banyakkandungan lem kanji maka ikatan antar materialnya juga semakin kuat.

Kata kunci : komposit, koran bekas, sifat tarik, densitas, foto makro.


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Dewasa ini perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat

pesat. Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas,

seperti untuk peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara),

konstruksi dan dunia antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara

lain: tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan),

murah dan proses pembuatannya mudah (Gay, dkk, 2003). Dengan bertambahnya

kebutuhan kayu tanpa diimbangi dengan daya dukung hutan yang memadai, maka

dituntut untuk menemukan material pengganti kayu yang lebih ramah lingkungan.

Dampak global warming semakin terasa sebagai akibat dari pemakaian

teknologi secara berlebihan tanpa mempertimbangkan pengaruhnya terhadap

lingkungan. Salah satu contoh adalah kualitas udara yang semakin menurun akibat

pesatnya pertumbuhan industri dan otomotif. Keadaan semakin buruk dengan

adanya penebangan pohon atau penggundulan hutan untuk mencukupi kebutuhan

kayu yang semakin meningkat. Hal ini terbukti dengan kebutuhan kayu di

Indonesia yang setiap tahunnya defisit 45 juta meter kubik (Priyono, 2003). Saat

ini sudah cukup banyak penelitian tentang panel komposit sebagai material

pengganti kayu, tetapi panel komposit ini masih banyak tergantung pada kayu itu

sendiri sebagai material pengisi (filler). Pemanfaatan kertas koran bekas dengan

pengikat tepung kanji merupakan solusi kreatif sebagai material komposit

pengganti kayu.

Semakin meningkatnya peredaran media masa dengan segala daya tariknya

akan meningkatkan minat baca masyarakat. Salah satu media baca yang populer

yaitu koran. Pada tahun 2006 terdapat 270 penerbit pers nasional dengan

kebutuhan kertas sekitar 13.047.895 eksemplar per hari. Jawa pos memproduksi

surat kabar sekitar 0,9 juta eksemplar per hari dengan jumlah kebutuhan 1.332,5

ton kertas per tahun (Irawan,2006). Oleh karena itu perlu suatu upaya untuk

memanfaatkan koran bekas menjadi barang yang mempunyai nilai ekonomis

lebih.


commit to user

2

Koran bekas dapat dihancurkan dengan air, kemudian dengan pengikat air

atau zat pengikat lain dapat dijadikan panel komposit. Pemakaian koran bekas

sebagai bahan pengisi komposit memiliki banyak keunggulan. Koran bekas

mudah didapat dan harganya murah. Kertas koran merupakan jenis serat alam

sehingga penggunaannya tentu ramah terhadap lingkungan dan tidak berbahaya.

Material kertas koran mampu didaur ulang dan merupakan bahan organik yang

dapat diuraikan oleh alam.

Serat alam mempunyai beberapa keunggulan. Serat alam mampu meredam

suara, isolasi temperatur, memiliki densitas rendah dan kemampuan mekanik

tinggi sehingga dapat memenuhi kebutuhan industri (Felix, dkk.1991; Karnani,

dkk. 1997 dan Raharjo, 2002). Meskipun dapat menggantikan peran serat buatan

tetapi jika ditinjau dari segi kekuatan dan rekayasa serat alam masih tertinggal.

Oleh karena itu komposit serat alam dapat diterapkan pada struktur yang tidak

memerlukan kekuatan tinggi. Meskipun begitu komposit ini pasti tidak akan lepas

dari beban tarik.

Berdasarkan uraian di atas maka perlu diadakan penelitian untuk

mendapatkan data sifat tarik dari panel komposit kertas koran. Dari penelitian ini

akan diperoleh sifat tarik yang optimal pada variasi kandungan lem kanji. Hasil

dari penelitian ini diharapkan dapat berguna secara aplikatif di lapangan.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Permasalahan dalam penelitian ini adalah pentingnya pemanfaatan kertas

koran bekas sebagai bahan komposit. Bahan tersebut digunakan karena lebih

ramah lingkungan dan banyak tersedia. Jawa pos memproduksi surat kabar

dengan jumlah kebutuhan 1.332,5 ton kertas per tahun. Dalam aplikasinya panel

komposit tak pernah lepas dari proses pembebanan, baik berupa beban tarik,

beban bending, maupun beban impak. Walaupun panel ini mengalami

pembebanan yang relatif lebih rendah tapi kita perlu juga mengetahui berapa

kekuatan dari panel untuk menahan setiap pembebanan. Dengan demikian, kajian

optimasi sifat tarik bahan komposit kertas koran bekas dipandang penting untuk

dilakukan.


commit to user

3

1.3 BATASAN MASALAH

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Selama proses pencampuran distribusi kertas koran, air dan kanji yang

digunakan dalam pembuatan panel ini dianggap homogen.

2. Distribusi gaya-gaya tekan yang mengenai permukaan bidang tekan

diasumsikan sama atau merata.

1.4 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Menyelidiki pengaruh kandungan kanji terhadap sifat tarik panel komposit

kertas koran bekas.

2. Menyelidiki penampang patahan komposit kertas koran bekas.

3. Menyelidiki densitas panel komposit kertas koran bekas.

1.5 MANFAAT PENELITIAN

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat

sebagai berikut:

1. Memberikan pengetahuan tentang bahan komposit kertas koran bekas.

2. Memberikan informasi tentang sifat tarik bahan komposit kertas koran bekas.


commit to user

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 STUDI PENELITIAN TERDAHULU

Krzysik dan Youngest (1991) menyatakan bahwa komposit dapat dibuat dari

berbagai macam serat pertanian, sampah kertas dan sampah plastik. Komposit

memiliki jangkauan yang luas sifatnya dan dapat digunakan pada berbagai macam

kebutuhan dan produk unggulan, contohnya produk unggulan sebagai panel

interior, pelapis tembok, penyekat, pintu, lantai, kontruksi dan material kotak

pengemas, karton serta palet.

Teknologi material komposit dengan menggunakan serat alam sebagai

penguat telah banyak dikembangan untuk dapat menggantikan serat sintetis. Hal

ini disebabkan karena serat alam mempunyai berbagai keunggulan, diantaranya;

harga murah, mampu meredam suara, ramah lingkungan, mempunyai densitas

rendah, dan kemampuan mekanik yang tinggi. Komposit serat alam banyak

digunakan sebagai interior mobil, peredam akustik, dan panel pintu. Penggunaan

serat alam dapat mengurangi berat sampai 80 % (Schuh, 1999).

Muehl dkk (2004) menyimpulkan bahwa panel komposit yang terbuat dari

sampah kertas memiliki sifat mekanik yang rendah ketika dipadukan dengan

phenollic resin 5% dan 10% polypropylene dibandingkan dengan panel komposit

dari serat kenaf. Meskipun demikian, panel komposit dari sampah kertas lebih

tahan terhadap kelembaban daripada panel komposit dari kenaf. Penggunaan

polypropylene dapat menurunkan sifat mekanik panel komposit.

Suatu studi awal dari sifat mekanis (kekuatan-tarik, dan kekuatan tekan)

tentang komposit polyurethane dengan inti bubuk kulit kacang tanah, bahwa

kekuatan-tarik meningkat secara garis besar dengan bertambahnya kandungan inti

bubuk kulit kacang tanah. Efek ini disebabkan oleh sedikitnya interaksi interfacial

antara serat dan matriks (Malachy dkk, 2006).

kanji merupakan produk olahan berupa tepung yang diperoleh dari ubi ketela

pohon. Kanji dikenal juga sebagai aci atau tapioka. Kanji merupakan salah satu

bahan yang tersedia di alam secara melimpah, dapat diperbaharui dan merupakan

sumber yang tak terbatas. Kanji dapat digunakan untuk menghasilkan berbagi


commit to user

5

macam produk, seperti makanan, bahan perekat kertas / lem , konveksi dan

farmasi. Kanji yang sudah dijadikan lem akan berubah dalam bentuk gel. Gel

adalah koloid yang setengah kaku (antara padat dan cair). Penggunaan kanji

sendiri mempunyai beberapa karaketristik yang baik antara lain; viskositas rekat

tinggi, kejernihan tinggi, dan stabilitas pembekuan tinggi (Aris, 2007).

Arofah (2008) meneliti karakteristik pada core sampah kota. Nilai

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

seiring dengan bertambahnya tekanan pengepresan komposit. Pada pengamatan

foto SEM menunjukkan bahwa semakin meningkat tekanan pengepresan maka

ikatan antar materialnya juga semakin meningkat.

2.2 DASAR TEORI

2.2.1 Komposit

Komposit dapat didefinisikan gabungan dua bahan atau lebih yang berbeda

dalam bentuk atau komposisi bahan yang masing-masing tidak larut satu sama

lain (Schwartz, 1984). Komposit merupakan gabungan bahan secara makro,

sehingga bisa dibedakan secara visual. Penggabungan bahan dilakukan secara fisis

dan mekanis, serta dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis pula.

Penggabungan material yang berbeda bertujuan untuk menemukan material

baru yang mempunyai sifat antara (intermediate) material penyusunnya yang tidak

akan diperoleh jika material penyusunnya berdiri sendiri. Sifat material hasil

penggabungan ini diharapkan saling memperbaiki kelemahan dan kekurangan

material penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaiki : kekuatan, kekakuan,

ketahanan bending, berat jenis, pengaruh terhadap temperatur, isolasi termal, dan

isolasi akustik (Jones, 1975).

Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material penyusunnya,,

susunan struktur dan interaksi antar unsur-unsur penyusunnya. Interaksi antar

unsur penyusun komposit, yaitu serat dan matrik sangat berpengaruh terhadap

kekuatan ikatan antarmuka (interfacial strength) (Gibson, 1994). Kekuatan ikatan

antar muka (interfacial strength) yang optimal antara matrik dan serat merupakan

aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit.


commit to user

6

Menurut bentuk material dan penyusunnya, komposit dapat dibedakan

dalam lima jenis, yaitu : (Schwartz,1984)

a. Komposit serat (fibrous composite).

b. Komposit partikel (particulate composite).

c. Komposit serpih (flake).

d. Komposit sketal (filled).

e. Komposit laminat (laminate composite).

Komposit serat merupakan jenis komposit yang paling banyak digunakan. Hal ini

disebabkan karena komposisi serat lebih kuat dari pada butiran, mempunyai

kekakuan serat yang solid dan matriknya lebih fleksibel (Schwartz, 1984).

2.2.2 Core

Core merupakan penyusun komposit sandwich yang terletak diantara skin.

Secara mekanis core pada komposit sandwich berfungsi untuk mendistribusikan

beban aksial menjadi beban geser pada seluruh luasan yang terjadi akibat

pembebanan gaya dari luar. Salah satu faktor utama dari material komposit adalah

core yang ringan, sehingga memperkecil berat jenis dari komposit. Terdapat

beberapa pilihan jenis core yang bisa digunakan dalam struktur sandwich, seperti

kayu, polyurethane (PU), poly vinyl chlorida (PVC), struktur honeycomb, dan

lain-lain. Kardus juga dapat digunakan sebagai bahan core komposit (Pflug,1999).

Berdasarkan persyaratan performanya, banyak material yang bisa digunakan

sebagai core. Material core yang digunakan dalam komposit dapat digolongkan :

a. Berat jenis rendah, material padat : foam susunan struktur sel terbuka atau

tertutup, balsa dan jenis kayu lainnya

b. Berat jenis medium dikembangkan dalam format selular : sarang lebah

c. Berat jenis tinggi, material dikembangkan dalam format berkerut

2.2.3 Serat

Salah satu unsur penyusun bahan komposit adalah serat. Serat inilah yang

terutama menentukan karakteristik komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta

sifat-sifat mekanik lainnya. Serat dalam bahan komposit berperan sebagai bagian

utama yang menahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit


commit to user

7

sangat tergantung dengan kekuatan pembentuknya. Orientasi dan kandungan serat

akan menentukan kekuatan mekanis dari komposit. Perbandingan antara matrik

dan serat juga merupakan faktor yang sangat menentukan dalam memberikan

karakteristik mekanis produk yang dihasilkan. Serat secara umum terdiri dari dua

jenis, yaitu serat alam dan serat sintetis. Serat alam adalah serat yang dapat

langsung diperoleh dari alam, biasanya berupa serat organik yang berasal dari

tumbuh-tumbuhan dan binatang. Beberapa serat alam telah banyak digunakan

oleh manusia, diantaranya adalah kapas, wol, sutera, pelepah pisang, sabut

kelapa, ijuk, nanas, serat kenaf serta juga termasuk serat kayu dan kertas.

Sedangkan serat sintetis yang sering digunakan manusia seperti rayon, polyester,

akril, dan nilon (Schwartz,1984).

Serat alam (natural fiber) sebagian besar mengandung selulosa. Keunggulan

yang dimiliki serat alam apabila dibandingkan dengan serat anorganik adalah :

berat jenis rendah, kekuatan dan modulus tinggi, dapat diperbaiki dan biaya untuk

memperolehnya murah (George, dkk, 2001). Serat alam diperoleh dari tanaman

serat yang banyak sekali terdapat di daerah tropis. Sehingga peluang

pengembangan komposit serat alam terbuka lebar dan merupakan sumber yang

potensial untuk pengembangan agro industri .

2.2.4 Matrik / Pengikat

Gibson (1994) mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit bisa

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

berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Matrik memiliki

fungsi :

a. Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

b. Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

c. Mentransfer dan mendistribusikan beban ke filler.

d. Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan tahanan

listrik.

Berdasarkan bahan penyusunnya matrik terbagi atas matrik organik dan

anorganik. Matrik organik terbentuk dari bahan – bahan organik yang diproses

dengan cara sintesis. Matrik organik banyak digunakan karena proses


commit to user

8

pembentukan menjadi komposit cepat dan sederhana dengan biaya yang murah.

Salah satu matrik organik konvensional yang banyak digunakan adalah resin

polyester. Beberapa jenis matrik anorganik proses pembentukan menjadi komposit

sangat lama dan komplek dengan biaya yang mahal, diantaranya adalah matrik

logam dan matrik keramik. Meskipun demikian, sifat mekaniknya lebih baik

dibanding matrik organik. Sebagai alternatif banyak digunakan matrik yang lebih

ramah terhadap lingkungan (Gibson,1994).

Berdasarkan sifatnya, terdapat dua jenis matrik polimer yang biasa

digunakan sebagai unsur penyusun komposit serat, yaitu matrik termoset dan

termoplastik. Matrik termoset bersifat tidak mencair pada suhu tinggi dan bersifat

lebih stabil serta tidak mampu balik (irreversible). Matrik termoplastik dapat

mencair apabila mengalami pemanasan dan akan mengeras kembali setelah

didinginkan (Gibson,1994).

2.2.5 Kanji

Tepung tapioka di pasaran sering dikenal dengan nama tepung kanji

merupakan tepung yang terbuat dari ubi kayu / singkong. Pembuatan tepung kanji

dilakukan dengan cara memarut singkong kemudian diperas, dicuci, diendapkan,

diambil sari patinya, lalu dijemur / dikeringkan. Sifat tepung kanji apabila

dicampur dengan air panas akan menjadi liat / seperti lem (KumpulBlogger,2009).

2.2.6 Ikatan antar material

Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda.

Hal itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara serat dan matrik seperti

ditampilkan pada gambar 2.3. Daerah pencampuran antara serat dan matrik

disebut dengan daerah interphase (bonding agent), sedangkan batas pencampuran

antara serat dan matrik disebut interface ( George, 2005).

Ikatan antarmuka (interface bonding) yang optimal antara matrik dan serat

merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit.

Transfer beban/tegangan diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat

adhesi. George, dkk (2005) mengungkapkan bahwa adhesi yang kuat diantara


commit to user

9

permukaan antara matrik dan serat diperlukan untuk efektifnya perpindahan dan

distribusi beban melalui ikatan permukaan.

Pada komposit kegagalan yang sering terjadi adalah debonding.

Debonding merupakan mekanisme lepasnya ikatan interface antar material

penyusun komposit saat terjadi pembebanan dan terkelupasnya serat dari matriks.

Hal ini disebabkan ikatan antar muka (interfacial bonding) yang lemah antara

serat dan matriks. Kondisi ikatan antar serat dan matrik yang lemah apabila diberi

beban tarik, ikatan antara serat dan matrik mudah terlepas atau mengalami

debonding sebelum dapat mendistribusikan beban pada core secara sempurna dan

mengurangi performa komposit secara keseluruhan. Oleh sebab itu diperlukan

adhesi yang kuat pada permukaan penyusun komposit agar tidak terjadi

debonding (Niu, 2001).

Peningkatan debonding antar permukaan serat dan matriks terjadi karena

meningkatnya deformasi dan akan berpengaruh pada seluruh bagian komposit.

Setelah terjadi debonding ,serabut kehilangan kemampuan menahan beban pada

arah debonding. Meskipun, serabut masih dapat mendistribusikan beban ke

matriks melalui bagian yang masih terikat. Dapat disimpulkan bahwa debonding

dipengaruhi oleh kekuatan ikatan intefacial antara serat dan matriks (Niu, 2001).

Gambar 2.1. Debonding pada Fiber Reinforced Plastic (FRP) ( Niu, 2001)

2.2.7 Sifat tarik komposit

Apabila ada suatu gaya yang mencoba meregang material, maka material

tersebut akan melawan regangan tersebut sampai pada suatu tingkat tertentu.

Gambar 2.1 melukiskan gaya P yang menarik spesimen, sebagai akibat adanya

gaya P, di dalam spesimen timbul tegangan-tegangan tarik yang besarnya sama

dengan gaya P, tetapi tegangan ini dapat membesar sedemikian rupa sehingga


commit to user

10

partikel-partikel spesimen saling terlepas dan terjadilah patahan. Tegangan tarik

ketika terjadinya patahan disebut kekuatan tarik (ASTM D-1037).

Gambar 2.2. Skema pengujian tarik material (ASTM D-1037)

Uji tarik yang dilakukan pada penelitian ini mengacu pada standar ASTM

D-1037. Dari pengujian tarik akan diperoleh data berupa beban maksimum yang

dapat ditahan komposit sebelum patah dan pertambahan panjang. Dari data-data

tersebut dapat dicari nilai kekuatan tarik (tegangan). Besarnya nilai kekuatan tarik

komposit dapat dihitung dengan persamaan:

A

Pc .......................................................................... (1)

dimana: c kekuatan tarik komposit, MPa

P = beban maksimum, N

A = luas penampang rata-rata komposit, mm2

Besarnya regangan adalah jumlah pertambahan panjang akibat pembebanan

dibandingkan dengan panjang daerah ukur (gage length) dan dinyatakan dalam:

L

L .......................................................................... (2)

dimana: = regangan

L = pertambahan panjang, mm

L = panjang daerah ukur (gage length), mm

Modulus elastisitas adalah harga yang menunjukkan kekuatan komposit pada

daerah proporsionalnya. Pada daerah proporsional ini deformasi yang terjadi

masih bersifat elastis dan masih berlaku hukum Hooke. Besarnya nilai modulus

elastisitas komposit merupakan perbandingan antara tegangan dengan regangan

pada daerah proporsionalnya, yang dinyatakan dengan persamaan:

P

P


commit to user

11

E ......................................................................... (3)

dimana: E = Modulus elastisitas, MPa

c = Kekuatan tarik komposit, MPa

= Regangan

2.2.8 Densitas komposit

Sesuai dengan ASTM D-1037 untuk panel komposit, pengukuran densitas

dilakukan dengan mencari berat kering, yaitu menimbang spesimen pada kondisi

kering, kemudian dilakukan pengukuran panjang, lebar dan tebal spesimen.

Pengukuran densitas dilakukan untuk mengetahui kerapatan panel komposit.

Densitas dapat dirumuskan sebagai berikut :

lxwxt

m .......................................................................(4)

dimana : c = densitas komposit kg/m3

m = masa komposit kg

l = panjang m

w = lebar m

t = tebal m


commit to user

12

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

1. Kertas koran bekas

2. Tepung kanji

3. Air

3.2 Alat Penelitian

a. Cetakan b. Dongkrak hidrolik c. Timbangan digital

d. Oven e. UTM

Gambar 3.1 Peralatan penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Cetakan

b. Dongkrak hidrolik

c. Timbangan digital.

d. Oven

e. Universal Testing Machine (UTM).


commit to user

13

3.3 Pelaksanaan Penelitian

a. Sebagai persiapan awal yaitu mengumpulkan koran bekas dan mengumpulkan

bahan dan alat yang akan digunakan dalam penelitian ini.

b. Pembuatan benda uji

1. Perbandingan awal koran:air adalah 1:4. koran dan air kemudian di aduk

hingga kertas koran hancur.

2. Membuat lem kanji dengan perbandingan air:kanji adalah 5:1.

3. Mencampur kertas koran dengan lem kanji. Variasi kandungan lem kanji

adalah 5%, 10%, 15%, dan 20% dari berat kertas koran kering.

4. Mencetak campuran koran dan kanji tersebut menjadi panel dengan tekanan

pada komposit sebesar 4,5 MPa.

5. Setelah itu meletakkan panel pada udara bebas di dalam ruang selama 2 hari,

agar kadar air komposit turun hingga mendekati kadar air dalam udara.

Kemudian melakukan pengukuran kadar air yang kemudian dapat menentukan

waktu pengovenan. kadar air dalam panel yang dikehendaki yaitu 10-15 %.

6. Setelah kering kemudian menghaluskan permukaan komposit.

7. Menyimpan panel komposit pada tempat yang tidak terpengaruh kondisi

kelembaban lingkungan, serta memberi silica gel.

8. Melakukan uji pada panel komposit.

3.4 Uji Tarik

Setelah panel komposit jadi, kemudian melakukan pengujian pada panel.

Pengujian yang dilakukan yaitu uji tarik (ASTM D-1037). Bentuk dan ukuran

spesimen uji tarik komposit disesuaikan dengan standar ASTM D-1037 (Tensile

strengh paralel to surface).

Gambar 3.2. Dimensi Spesimen Uji Tarik (mm)


commit to user

14

3.5 Uji Densitas

Uji fisik yang dilakukan yaitu uji densitas (ASTM D-1037). Metode

pengujian densitas ini sesuai dengan persamaan (4). Langkah pengujian yaitu

mengukur berat dan volume komposit, kemudian membagikan berat komposit

terhadap volume komposit.

3.6 Tabel Proses Pembuatan Panel Komposit

Tabel 3.1. Proses pembuatan panel komposit

Sub topic

penelitian

Variabel tetap Variabel peubah Pengujian /

acuan

Pengaruh

kandungan lem

kanji terhadap

sifat tarik dan

densitas

komposit..

- Tekanan =

4,5 MPa

- Komposisi

air:kertas = 4:1

(Wa/Wk)

- variasi

kandungan lem

kanji 5%,

10%,15%,20%

dari berat kertas

koran.

- Uji Tarik

(ASTM D-

1037)

- Uji Densitas

(ASTM D-

1037)


commit to user

15

3.7 Alur Penelitian

Gambar 3.3. Diagram alir penelitian

Mencetak campuran kertas dan lem kanji menjadi panelkomposit dengan tekanan 4,5 Mpa, kemudian cure pada suhu

kamar selama 2 hari

Menghancurkan kertas dengan air, kemudian mencampur dengan lem kanji.Perbandingan air:kertas adalah 4:1. Variasi kandungan lem kanji adalah 5%,10%, 15%, dan 20% dari berat kertas koran kering.

Mulai

Persiapan

Selesai

kesimpulan

Analisa data

Uji kadar air kemudian melakukan pengovenan pada suhu 105 0 C

Uji tarik

Hasil pengujian berupa sifat tarik dan densitas komposit

Menghaluskan permukaan komposit kemudian menyimpan didalam wadah dan memberi silica gel

Uji densitas


commit to user

16

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1 Pengujian Tarik Komposit

4.1.1 Kekuatan Tarik Komposit

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20

kandungan kanji (%)

keku

ata

nta

rik

(MP

a)

Gambar 4.1 Kurva hubungan kekuatan tarik komposit-kandungan kanji

Pada komposit hingga kandungan lem kanji 20%, semakin besar kandungan

lem kanji maka semakin besar pula kekuatan tarik komposit. Kekuatan tarik

komposit tanpa kandungan lem kanji, yaitu dengan nilai rata-rata 0,57 MPa.

Kekuatan tarik komposit dengan kandungan lem kanji 20%, yaitu dengan nilai rata-

rata 1,79 MPa.

Meningkatnya kekuatan tarik komposit disebabkan oleh semakin banyaknya

lem kanji yang terdapat dalam komposit. Kertas koran tanpa lem kanji sudah dapat

dibuat komposit. Lem kanji yang berfungsi sebagai pengikat meningkatkan ikatan

antar material kertas koran, sehingga ketika diberi beban tarik ikatan tidak mudah

lepas.

Kekuatan tarik yang dimiliki oleh panel core kertas koran bekas ini lebih baik

jika dibandingkan dengan panel core styrofoam. panel core styrofoam dengan


commit to user

17

pengikat polystyrene (S-P) memiliki kekuatan tarik 0,34 MPa. Nilai tersebut lebih

kecil dibandingkan dengan panel core kertas koran bekas tanpa kandungan lem kanji.

panel core styrofoam brand (SB) memiliki kekuatan tarik 0,59 MPa (The Dow

chemical company, 2000).

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0% 5% 10% 15% 20% S-P SB

Variabel Pembanding

Keku

ata

nT

ari

k(M

Pa)

Gambar 4.2 Grafik pembanding kekuatan tarik panel core koran bekas-core lain

4.1.2 Regangan Tarik Komposit

0

0,0005

0,001

0,0015

0,002

0,0025

0 5 10 15 20

kandungan kanji (%)

reg

an

gan

tari

k(m

m/m

m)

Gambar 4.3 Kurva hubungan regangan tarik komposit-kandungan kanji


commit to user

18

Pada komposit hingga kandungan lem kanji 20%, semakin meningkat

kandungan lem kanji maka semakin kecil nilai regangan tarik pada komposit. Nilai

regangan tarik komposit tanpa kandungan lem kanji, yaitu dengan nilai rata-rata

0,0009804 mm/mm. Nilai regangan tarik komposit dengan kandungan lem kanji

20%, yaitu dengan nilai rata-rata 0,0006863 mm/mm.

4.1.3 Modulus Tarik Komposit

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 5 10 15 20

kandungan kanji (%)

mo

du

lus

tari

k(M

Pa)

Gambar 4.4 Kurva hubungan modulus tarik komposit-kandungan kanji

Pada komposit kertas koran-kanji hingga kandungan lem kanji 20%

menunjukkan peningkatan modulus tarik seiring dengan meningkatnya penambahan

lem kanji. Nilai modulus tarik komposit tanpa kandungan lem kanji, yaitu dengan

nilai rata-rata 719,02 MPa. Nilai modulus tarik komposit dengan kandungan lem

kanji 20%, yaitu dengan nilai rata-rata 2965,64 MPa. Nilai modulus tarik sangat

dipengaruhi oleh nilai kekuatan dan regangan tarik, kenaikan kekuatan tarik dan

penurunan regangan tarik komposit kertas koran-kanji menyebabkan modulus tarik

naik.


commit to user

19

4.1.4 Pengamatan Permukaan Patah Uji Tarik

20% 15% 10% 5% 0%

Gambar 4.5 Bentuk patahan uji tarik komposit koran bekas

Permukaan patah benda uji rata-rata terdapat di daerah panjang ukur (gage

length). Hal tersebut disebabkan distribusi komposisi penyusun komposit homogen,

dan distribusi gaya tersebar merata. Pada komposit dengan kandungan lem kanji 20%

mempunyai kekuatan tarik lebih besar, karena mengandung jumlah pengikat yang

paling banyak sehingga ikatan antar partikel kertas koran juga semakin baik.

a) Kandungan lem kanji 0%

b) Kandungan lem kanji 5%

50 mm

Debonding

Debonding

10 mm

10 mm


commit to user

20

c. Kandungan lem kanji 10%

d. Kandungan lem kanji 15%

e. Kandungan lem kanji 20%

Gambar 4.6 Permukaan patah uji tarik komposit koran bekas

Permukaan patah yang terjadi tidak mengalami perbedaan yang signifikan,

hanya pada komposit tanpa kandungan lem kanji lebih banyak mengalami debonding

atau lepasnya ikatan antar material. Ikatan antar material kertas koran yang kurang

baik menyebabkan pada saat dikenai beban tarik ikatan material tersebut lepas,

sehingga kekuatan untuk menahan beban tarik rendah. Pada komposit dengan

kandungan lem kanji 20% lebih sedikit mengalami debonding. Kandungan lem kanji

yang lebih banyak menyebabkan ikatan antar material kertas koran semakin kuat.

Ketika dikenai beban tarik ikatan tersebut tidak mudah lepas.

10 mm

10 mm

10 mmDebonding

Debonding

Debonding


commit to user

21

4.2 Densitas Komposit

0.56

0.58

0.6

0.62

0.64

0.66

0.68

0 5 10 15 20

kandungan kanji (%)

den

sit

as

(gr/

cm

3)

Gambar 4.7. Kurva hubungan densitas komposit-kandungan kanji

Densitas komposit hingga kandungan lem kanji 20% meningkat seiring

dengan peningkatan kandungan lem kanji. Komposit tanpa lem kanji mempunyai

nilai densitas dengan nilai rata-rata 0,6082 gram/cm3. Komposit dengan kandungan

lem kanji 20% mempunyai nilai densitas dengan nilai rata-rata 0,6633 gram/cm 3 .

Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa densitas lem kanji lebih tinggi daripada

densitas kertas koran. Komposit hingga kandungan kanji 20%, semakin banyak

kandungan lem kanji maka semakin tinggi nilai densitas komposit.

Tabel 4.1. Klasifikasi komposit panel (Suchland dan Woodson,1986)


commit to user

22

Untuk cakupan penggunaan dan pengembangan produk khusus klasifikasi

board/papan ini memerlukan definisi lebih lanjut dari produk. Dari tabel di atas dapat

disimpulkan bahwa panel komposit kertas koran bekas termasuk dalam klasifikasi

medium density fiberboard.


commit to user

23

BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Dari analisa hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

1. Komposit tanpa kandungan lem kanji mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar

0,57 MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,0009804 mm/mm, dan nilai modulus

tarik sebesar 719,02 MPa. Komposit dengan kandungan lem kanji 20%

mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar 1,79 MPa, nilai regangan tarik

sebesar 0,0006863 mm/mm, dan nilai modulus tarik sebesar 2965,64 MPa.

2. Pada komposit hingga kandungan lem kanji 20%, semakin banyak kandungan

lem kanji menyebabkan semakin sedikit debonding yang terjadi.

3. Densitas Komposit Koran Bekas hingga kandungan lem kanji 20% naik

seiring dengan semakin banyak kandungan lem kanji. Komposit tanpa

kandungan lem kanji mempunyai nilai densitas sebesar 0,6082 gram/cm 3 .

Komposit dengan kandungan lem kanji 20% mempunyai nilai densitas

sebesar 0,6633 gram/cm 3 .

5.2 SARAN

Untuk lebih mengembangkan pemanfaatan koran bekas, maka penulis

memberikan saran :

1. Perlu diteliti lebih lanjut tentang pengaruh penambahan skin pada komposit

koran bekas terhadap sifat mekanik dan karakteristiknya.

2. Agar dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai variasi tekanan pengepresan.


commit to user

24

DAFTAR PUSTAKA

Aris, 2007,’Pengaruh Tekanan Pembriketan, Jenis Binder, Dan Persentasi Binder

Terhadap Karakteristik Sifat Fisik Dan Mekanik Briket Biomasa’, Skripsi,

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Arofah.2008.Pengaruh Variasi Tekanan Pengepresan Terhadap Sifat Mekanik

Core Sampah Kota.Skripsi S1.

ASTM D1037, 1996, Standard Test Methods for evaluating properties of Wood-

base fibre and particle panel materialsm, American Society for Testing

and Material. Book of Standard Vol 4.10 Wood. West Chonshohoken, PA.

USA.

Felix, J. M dan Gatenholm, P. 1991. The Nature of Adhesion in Composites of

Modified Cellulosa Fibers and Polypropylene. Journal of Applied Polymer

Science, Vol. 42, pp. 609 – 620.

Gay, dkk., 2003, “Composite Material, Desaign and Applications”, Boca Raton:

CRC Press.

George, J., dkk.2001. A Review of interface modification and characterization of

natural fiber reinforced plastic composites. Polymer Engineering and

science, Vol 41, pp. 1471 – 1486.

George, J., dkk., 2005, Short Pineapple-leaf Reinforced Low-DensityPolyethylene,

Journal of Applied Polymer Scienced, Vol. 57, pp. 843-854.

Gibson, R.F., 1994, Principles of Composites Material Mechanics, ed., p.p. 115-

155, Mc Graw Hill Book Co., Singapore.

Irawan, B, 2006, Handout penjelasan tentang mekanisme produksi kertas, PT

Adiprima Suraprinta, Gresik.

Jones R.M, 1975. Mechanics of Composite Materials, Scripta Book Company,

Washington D.C., USA.

Karnani, R., 1997. Biofiber – Reinforced Polypropylene Composites. Polymer

Engineering and Science, Vol. 37 No. 2, pp. 466 – 482.

Krzysik, A. M.; Youngest, J.A. 1991, Bonding of airformed wood

fibre/polypropylene fibre composites. International Journal of Adhesion

and Adhesives. 11(4): 235.240.


commit to user

25

KumpulBlogger.2009.Tugas dan catatan sekolah: tepung tapioka dan tepung

maizena.

Malachy, S.; Benjamin, I. U.; Levi, T.; Theophilus, O. 2006. A Preliminary

Mechanical Characterization of Polyurethane Filled with Lignocellulosic

Material. Mechanical Engineering Department, Federal University of

Technology, Yola, Nigeria.

Muehl, J. H.; Krzysik, A.J.; Chow, P. 2004, Composite Panels Made With

Biofiber or Office Wastepaper Bonded With Thermoplastic and/or

Thermosetting Resin, United States Department of Agriculture.

Niu, H. 2001. Analitycal Modeling on Debonding Failure of FRP-Strengthened

RC Flexural Structures, Ibaraki University, Hitachi.

Pflug, J., 1999, Folded Honeycomb Carboard and Core Material for Struktural

Application Applications.K.U.Leuven. Belgium.

Priyono A, 2003, Pengukuran Koefisien Absorpsi dan Impedansi Suara Bahan

Serat Enceng Gondok Dengan Metode Tabung Impedansi Dua Mikropon,

Skripsi S1 Fisika, UNS.

Raharjo, W. W. 2002. Efek Kadar Air Pada Sifat Mekanik Komposit Unsaturated

Polyester yang diperkuat Serat Cantula. Usulan Penelitian untuk Thesis S

– 2, pp. 1 – 9.

Setyo. 2007. Pengaruh Fraksi Berat Filler Sampah Kota dan Variasi Binder,

Terhadap Sifat Fisik dan Sifat Mekanik Komposit-Sampah Kota. Skripsi

S1.

Schuh G.T., 1999, Renewable Materials for Automotive Applications, UNESP-Sao

Paulo State University.

Schwartz, M.M., 1984, Composite Materials Handbook, Mc Graw Hill Book

Company.

Suchland O., Woodson G. E., 1986, Fiberboard Manufacturing Practies In TheUnited States, Agric Handbook 640. Washington DC : U.S. Department ofAgriculture.

The Dow Chemical Company. 2000. USA.

pengaruh kandungan lem kanji terhadap sifat tarik dan densitas

Documents