115-227-1-SM

56

ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT TEBU DENGAN MATRIK RESIN

EPOXY

Prayoga Adi Nugroho, Mustaqim, Rusnoto

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Pancasakti Tegal

Abstrak

Tujuan penelitian adalah mengetahui kekuatan tarik dan sudut lenngkung komposit serat

tebu dan mengetahui struktur mikronya. Manfaat penelitian ini adalah dapat menjadi acuan untuk

penelitian berikutnya lebih pada pengembengan komposit khususnya yang mengguanakan serat

tebu.

Komposit dibuat dengan metode hand lay up, bahan yang digunakan adalah resin epoxy dari

PT Justus Kimia raya, serat tebu dengan panjang 50mm dan dengan perbandingan epoxy 55%,

60%, 65%, 70%, 75% untuk hardener 45%, 40%, 35%, 30%, dan 25 %.

Hasil pengujian menunjukan kekuatan tarik komposit serat tebu dengan fraksi volume 55% :

3,16kgf/mm, 60% : 3,14kgf/mm, 65% : 2,67kgf/mm, 70% : 2,35kgf/mm, 75% : 3,19kgf/mm

untuk pengujian lengkung dengan fraksi volume 55% : 31,33, 60% : 42,33 , 65% : 21,33 , 70% :

37,5 dan 75% : 32,5 .Komposit serta tebu dengan fraksi volume 75% memiliki rata-rata kuat tarik

paling tinggi yaitu 3,19kgf/mm dan yang terendah pada fraksi 70% : 2,35kgf/mm. sedangkan

sudut lengkung yang paling tinggi adalah pada fraksi volume 60% : 42,33 dan yang terendah

adalah 65% dengan sudut lengkung 21,33 .

Kata Kunci : Tensile, Curvature,

KompositPENDAHULUAN

Perkembangan ilmu material khususnya di

bidang polimer pada hakikatnya

terus berkembang seiring dengan usaha manusia

untuk meningkatkan kesejahteraan hidup dengan

memanfaatkan pengolahan bahan dan teknologi.

Sintesis berbagai jenis bahan polimer dapat

dimanfaatkan dalam berbagai aspek kehidupan.

Sepanjang kebudayaan manusia penggunaan serat

alam sebagai salah satu material pendukung

kehidupan. Salah satu aspek yang perlu

dipertimbangkan dalam mendapatkan material

baru adalah pemanfaatan bahan yang berasal dari

tumbuhan atau serat organik. Dalam

penggunaannya polimer sintesis berbahan serat

dapat menggantikan logam,kayu,kulit dan bahan

alami lainnya dengan berbagai keunggulan

seperti: harga yang jauh lebih murah, ramah

lingkungan, dan beberapa diantaranya

merupakan optimalisasi produk limbah yang

belum dimanfaatkan. Berbagai macam barang

yang diperlukan dalam kehidupan sehari-hari

dapat dibuat dari polimer sintetis ini, misalnya

perabot rumah tangga (dari plastik), bahan

pakaian (nilon, poliester),alat pembungkus,alat

transportasi,dan otomotif. Industri yang paling

gencar menggunakan serat alam sebagai material

komposit polimer adalah produsen otomotif

Daimler Chryler.Produsen mobil Amerika-

Jerman ini mulai meneliti dan menggunakan

bahan komposit polimer berbasis serat serat

alam

57

Pabrik Kampas Rem (PT. Inti Bagas

Perkasa) di Cirebon merupakan bagian inovasi

atas pemanfaatan ampas tebu menjadi produk

kampas rem yang dibutuhkan di pasar after

market khususnya di pasar kendaraan angkutan

penumpang umum yang memerlukan suku

cadang yang murah, berkualitas dan berdaya

tahan lama. Kampas Rem ini telah mengantungi

hak paten baik untuk merek maupun

teknologinya

Serat tebu merupakan salah satu material

natural fibre alternatif dalam pembuatan

komposit secara ilmiah pemanfaatannya masih

dikembangkan. Pengembangan serat tebu sebagai

material komposit sangat dimaklumi mengingat

dari segi ketersediaan bahan baku serat

alam,Indonesia memiliki bahan baku yang cukup

melimpah karena Indonesia yang terletak di

kawasan tropis dengan sebagian penduduknya

masih bercocok tanam (argraris), merupakan

salah satu Negara penghasil tebu terbesar.

Dengan luas lahan mencapai 373.816 Ton / ha

pada tahun 2005 dapat menghasilkan tebu

sebanyak 84,91 Ton /ha,dimana dari proses

pengolahan keseluruhan tebu tersebut menjadi

gula dihasilkan 90% ampas tebu. Selama ini

pemanfaatan ampas tebu yang dihasilkan masih

terbatas sebagai pakan ternak, bahan baku

pembuatan pupuk, pulp, particle boor, bahan

bakar boiler di pabrika gula. Disamping terbatas,

nilai ekonomi yang diperoleh juga belum tinggi,

oleh karena itu diperlukan adanya proses

teknologi sehingga terjadi disversifikasi

pemanfaatan lahan pertanian yang ada, salah

satunya pembuatan komposit serat tebu.

(Adyanto Eko Prasetyo,2006)

.

Untuk memberi ruang lingkup yang jelas

dan tidak melebar, diperlukan batasan batasan

masalah yang meliputi hal hal dibawah ini,

yaitu :

1. Bentuk benda uji digunakan berbentuk

spesimen dengan menggunakan standar

ASTM D-638 M untuk pengujian tarik dan

ASTM D 790 untuk pengujian lengkung

2. Benda uji yang akan dibuat menggunakan

bahan serat tebu berukuran 50 mm, fraksi

volume epoxy 75% , 70% , 65% , 60% dan

55% dan matriks epoxy dengan

perbandingan hardener 25%, 30%, 35%,

40% dan 45% .

3. Proses pembuatan benda uji yang

digunakan yaitu dengan proses

menggunakan tangan (hand lay up).

Cetakan yang digunakan adalah kaca

dengan penekan berupa kaca yang di beri

pegangan di atasnya untuk lebih

merekatkan antara serat dengan matriks

dan lebih meminimalkan rongga udara

yang ada pada benda uji.

4. Pengujian yang akan dilakukan pada

penelitian ini adalah pengujian tarik dan

pengujian lengkung

5. Observasi dilakukan pada bagian patahan

dari specimen pengujian tarik dengan foto

makro dan meneliti struktur makro

dilakukan foto mikro dengan pembesaran

100x.

58

Tujuan dan manfaat penelitian ini adalah

sebagai berikut :

1. Tujuan :

a. Untuk mengetahui analisa sifat mekanik

pada komposit serat tebu dengan matriks

epoxy terhadap kekuatan tarik dan

kekuatan lengkung

b. Mengetahui karakteristik patahan dengan

foto mikro dan mengetahui struktur

makro-nya.

2. Manfaat :

Dari penelitian ini diharap dapat menjadi

acuan untuk penelitian penelitian

berikutnya yang bertujuan lebih pada

perkembangan komposit khususnya yang

menggunakan serat tebu dengan

komposisi yang lebih variatif untuk

mendapatkan material komposit, sesuai

dengan sifat yang diinginkan.

I. LANDASAN TEORI

A. Pengertian Polimer

Polimer (makromolekul) merupakan

molekul besar yang terbentuk dari unit unit

berulang sederhana. Nama ini diturunkan dari

bahasa yunani, yaitu: Poly yang berarti banyak,

dan mer yang berarti bagian.Dan polimer juga

merupakan bahan yang penting dalam

pembuatan komposit. Polimer berfungsi sebagai

matriks yang berfungsi mengikat penguat yang

digunakan pada komposit. Beberapa contoh

bahan polimer yaitu resin phenolformaldehyde,

urea formal dehyde, poliester, epoksi dan

lainnya. Pada umumnya polimer memiliki sifat

yang menguntungkan karena massa jenisnya

kecil, mudah dibentuk, tahan karat. Akan tetapi

polimer memiliki kekurangan seperti kekakuan

dan kekuatan rendah. Oleh karena itu agar

diperoleh komposit yang lebih baik,maka

polimer tersebut dipadukan dengan bahan yang

lain yang berfungsi sebagai bahan penguat

seperti: serat ( fiber ), partikel ( particulate),

lapisan (lamina) dan serpihan (flakes). Pada saat

ini berbagai industri telah menggunakan

komposit yang diperkuat oleh serat mulai dari

industri perabot rumah tangga (panel, kursi,

meja), industri kimia (pipa, tangki, selang), alat-

alat olah raga, bagian-bagian mobil yang salah

satunya bumper mobil, alat-alat listrik, industri

Material komposit mempunyai beberapa

keuntungan antara lain:

1. Bobot ringan

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang

baik.

3. Biaya produksi murah.

4. Tahan korosi.

B. Klasifikasi Komposit

1. Fibrous composite material

Terdiri dari dua komponen penyusun

yaitu matriks dan serat. Skema penyusunan

serat dapat dibagi menjadi

2. Laminated composites material

Terdiri sekurang-kurangnya dua lapis

material yang berbeda dan digabung secara

bersama-sama.

59

3. Particulate composite material

Particulate composite material (material

komposit partikel) terdiri dari satu atau lebih

partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari

matriks lainnya

C. Tebu

Tebu merupakan salah satu jenis tanaman

yang hanya dapat ditanam didaerah yang

memiliki iklim tropis. Di Indonesia,

perkebunan menempati luas real 232 ribu

hektar, yang tersebar di Medan, Lampung,

Semarang, Solo dan Makassar. Dari seluruh

perkebunan tebu yang ada di Indonesia, 50%

diantaranya adalah perkebunan rakyat, 30%

perkebunan swasta, dan hanya 20% perkebunan

Negara. Pada tahun 2002 produksi tebu

Indonesia mencapai 2 juta ton. Tebu-tebu dari

perkebunan diolah menjadi gula di pabrik-

pabrik gula. Dalam proses produksi di pabrik

gula, ampas tebu dihasilkan sekitar 90% dari

setiap tebu yang diproses, gula yang termanfaat

hanya 5% sisanya berupa tetes tebu (molase)

danair.

Tanaman tebu tak hanya berisi air yang

digunakan sebagai bahan pembuat gula, tetapi

memiliki komposisi yang lebih kompleks yakni

sachaerose, zatsabut atau fiber, gula reduksi

dan beberapa bahan lainnya. Untuk lebih

jelasnya dapat dilihat pada tabel 2. 3.

No Nama Bahan Jumalah ( % ) Keterangan

1 Air 67-75 H2O

2 Sacharosse 12-19 Zat gula

3 Zat sabut 11-16 serat

4 Gula reduksi 0,5-1,5

5 Amylin 1,5-1,5

6 Geleta 0,5-1,5

7 Paklin 0,5-1,5

8 Lilin 0,5-1,5

9 Zat yang mengandun zat lemas 0,5-1,5

10 Zat pewarna 0,5-1,5

11 Asam-asam organis 0,5-1,5

D. Ampas Tebu

Ampas tebu (baggase) adalah campuran

dari serat yang kuat,dengan jaringan

Parenchyma yang lembut, yang mempunyai

tingkat higroskopis yang tinggi, dihasilkan

melalui penggilingan tebu. Pada proses

penggilingan tebu, terdapat 5 kali proses

penggilingan tebu dari batang tebu sampai

menjadi ampas tebu, dimana pada hasil

penggilingan pertama dan kedua dihasilkan nira

mentah yang berwarna kuning

kecoklatan,kemudian pada proses

penggilingan ketiga, keempat dan kelima

akan menghasilkan nira dengan volume yang

berbeda-beda. Setelah gilingan terakhir

menghasilkan ampas tebu kering. Pada proses

penggilingan pertama dan kedua dihasilkan

ampas tebu basah. Hasil dari ampas tebu

gilingan kedua ditambahkan susu kapur 3 Be

yang berfungsi sebagai senyawa yang

menyerap nira dari serat ampas tebu sehingga

pada penggilingan ketiga nira masih dapat

diserap meskipun volumenya masih sedikit dari

hasil gilingan kedua. Penambahan senyawa ini

dilakukan pada penggilingan ketiga, keempat,

dan kelima dengan volume berbeda-beda.

Semakin sedikit nira dalam ampas tebu,

semakin sedikit susu 3 Be yang ditambahkan.

E. Struktur Ampas Tebu

60

Celullosa,hemicellulosa,pentason dan lign

in merupakan struktur pembentuk serat ampas

tebu komposisinya dapat dilihat pada tabel

Nama Bahan Jumlah %

Cellulose 28-43

Hemicellulosa 14-23

Pentosans 20-33

Lignin 13-22

II. PENGOLAHAN DAN ANALISA DATA

Penelitian ini dilakukan dengan cara

eksperimen pengujian dengan membuat

spesimen yang menggunakan cetakan yang

berbahan kaca dengan tebal 5mm serta serat tebu

dengan panjang 50mm dan bahan utamanya

yaitu resin epoxy dengan pengering hardener

yang diproduksi oleh Pt,Justus kimia raya.

Benda uji dibentuk sesuai dengan standar

ASTM dan dilakukan pengujian tarik serta

pengujian lengkung

Untuk analisa yang akan dilakukan

menggunakan serat tebu dengan panjang

50mm,fraksi volume epoxy 75%,70%,60%,65%

dan 55% serta perbandingan hardener

25%,30%,35%,40% dan 45%.pencetakan benda

uji tarik menggunakan standar ASTM D638-M

dan ASTM D790 untuk pengujian lengkung

Pembuatan sempel dilakukan di Fakultas

Teknik UPS Tegal.untuk pengujian tarik dan

pengujian lengking dilakukan di UPTD

Laboraturium Perindustrian komplek LIK

takaru kabupaten Tegal dan melakukan

pemotretan mikrografi di laboraturium

metalurgi fisik jurusan Teknik Mesin UNDIP

Semarang.

Pada penelitian ini variabel yang digunakan

adalah :

1. Variabel bebas meliputi nilai pengujian

sifat mekanik kekuatan tarik dan sudut

lengkung

2. Variabel terikat yang meliputi resin epoxy

75%,70%,65%,60% dan 55% serta

haerdener 25%,30%,35%,40% dan 45%

Jenis data yang digunakan dalam analisis

data adalah dengan menggunakan lembar

pengamatan berbentuk table yang dipergunakan

dalam penelitian tersebut.Sedangkan sumber

data yang diperoleh dari uji coba penelitan ini

menggunakan alat sehingga akan menghasilkan

gambaran umum mengenai penelitian yang akan

dilakukan.

Alat dan bahan :

1. Serat ampas tebu dengan panjang 50 mm.

2. Matrik Epoxy dalam bentuk cair dan

hardener sebagai pengeras.

3. Aseton untuk membersihkan cetakan.

4. Wax digunakan untuk mempermudah

melepas komposit dari cetakan.

5. Sikat besi untuk membersihkan serat tebu.

6. Jangka sorong yang berfungsi untuk

mengukur specimen dan cetakan pembuat

benda uji.

7. Kaca dengan tebal 5 mm untuk pembuat

cetakan benda uji.

8. Alat lain yang digunakan untuk

membentuk sempel benda uji adalah

gunting,gelas ukur,penggaris dan katter.

Teknik pengumpulan data

1. Observasi adalah penulis mengumpulkan

data dengan cara mengamati langsung

61

3,61

3,14

2,67 2,55

3,65

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

55% 60% 65% 70% 75%

kuat

tar

ik k

gf/m

m

fraksi volume epoxy

UJI Tarik

Kuat Tarik

pada laboraturium Fakultas Teknik UPS

Tegal,UPTD laboraturium LIK kab.Tegal

dan laboraturium metalurgi fisik UNDIP

Semarang

2. Interview adalah pengumpulan data

dengan cara melakukan Tanya jawab dan

wawancara langsung pada orang yang

bersangkutan

3. Study Pustaka adalah mengumpulkan data

dengan cara membaca buku yang

berhubngan dengan penelitian

A. Hasil dan Pembahasan

Data hasil penelitian ini didapatkan dari

data eksperimen yang dilakukan di

Laboratorium Fakultas Teknik Universitas

Pancasakti Tegal dan di UPTD Laboratorium

Perindustrian Komplek LIK Takaru kab.Tegal

Sebagaimana ditunjukan dalam tabel, grafik, dan

foto yang dilakukan di laboraturium Metalurgi

Fisik jurusan Teknik Mesin Fakultas teknik

Universitas Diponogoro Semarang digunakan

dalam penelitian dengan pengamatan, hasil dan

pengujian tarik dan lengkung

Tabel.3.1 Pembuatan spesimen uji tarik dengan

Volume cetakan 69,840 mm

no Fraksi

Volume

Epoxy

(mm)

Hardener

(mm)

1 55% 38,412 31,428

2 60% 41,904 27,936

3 65% 45,396 24,444

4 70% 48,888 20,952

5 75% 52,380 17,460

Tabel 3.2 Pembuatan spesimen uji lengkung

dengan volume cetakan 41,250

mm

no Fraksi

Volume

Epoxy

(mm)

Hardener

(mm)

1 55% 22,688 18,562

2 60% 24,75 16,50

3 65% 26,812 14,437

4 70% 28,875 12,375

5 75% 30,937 10,313

1. Perhitungan uji tarik (kgf/mm)

Tabel 3.3 Data Perhitungan uji tarik

no Fraksi volume

(%)

Luas

penampang

(mm)

Kuat tarik

(kgf/mm)

1 55 66,30 3,61

2 60 70,75 3,14

3 65 67,03 2,67

4 70 63,88 2,55

5 75 66,28 3,65

Gambar 3.1 Grafik uji tarik

2. Perhitungan uji lengkung

Tabel 3.4 Data Perhitungan uji lengkung

No Fraksi

volume (%)

Epoxy

(mm)

Hardener

(mm)

Sudut

lengkung

()

1 55 22,69 18,56 31,33

2 60 24,75 16,5 42,33

3 65 26,81 14,44 21,33

4 70 28,87 12,37 37,6

5 75 30,94 10,31 33,6

62

Gambar 3.2 Grafik uji lengkung

3. Hasil foto mikro uji tarik

Gambar 3.3 foto mikro pada fraksi volume

75%


70%

4. Foto mikro uji lengkung


60%


60%

B. Pembahasan

Berdasarkan data penelitian pada komposit

serat tebu yang tediri dari pengujian Tarik dan

pengujian lengkeng yang menggunakan fraksi

volume epoxy 55%, 60%, 65%, 70% dan 75%

sedangkan serat tebu yang digunakan adalah

sebanyak 0.2 gram. Kesimpulan dari penelitian

ini adalah untuk pengujian tarik yang

menggunakan standar ASTM D-638 M dan

untuk pengujian lengkung menggunakan standar

ASTM D 790. Pada pembuatan cetakan pembuat

komosit menggunakan bahan atau material kaca

dengan tebal 5mm dan 3mm. Pembuatan

komposit yang menggunakan resin epoxy dan

hardener sebagai pengeras serta di dalam proses

pengeringan spesimen ini di gunakan Electric

Oven dengan merk Cosmos kapasitas 18 liter /

6kg daya listrik yang di perlukan Electric oven

ini yaitu 220 v0lt memerlukan waktu pengerian

untuk spesimen selama 30 menit dengan suhu

100c.

Pada pengujian tarik dengan fraksi

volume 55% menghasilkan spesimen I dengan

hasil beban tarik maksimum 195,59 kgf , luas

penampang 56,723 mm dan kuat tarik 3,44

kgf/mm. Sedangkan untuk spesimen II dengan

31,33 42,33

21,33

37,6 33,6

01020304050

sud

ut

len

gku

ng

()

fraksi volume epoxy

Uji Lengkung

Uji Lengkung

63

beban tarik maksimum 205,73 kgf ,luas

penampang 71,4756 mm serta kuat tarik 2,88

kgf/mm.sehingga rata-rata kuat tarik fraksi

folume 55% adalah 3,16 kgf/mm.








kgf/mm dan untuk spesimen III menghasilkan

beban tari maksimum 176,41 kgf, luas


kgf/mm sehingga rata-rata kuat tarik fraksi

folume 60% adalah 3,14 kgf/mm..








kgf/mm dan untuk spesimen III menghasilkan

beban tari maksimum 81,77 kgf, luas


kgf/mm sehingga rata-rata kuat tarik fraksi











Pada pengujian tarik dengan fraksi volume

75% menghasilkan spesimen I dengan hasil

beban tarik maksimum 186,42 kgf , luas







Pada pengujian lengkung dihasilkan sudut

lengkung yang paling maksimun adalah pada

frasi volume 60% yang menghasilkan sudut

lengkung 42,33 dan sudut yang minimum pada

pengujian lengkung didapatkan fraksi volume

65% dengan sudut lengkung 21,33.

III. KESIMPULAN

pengujian menunjukan kekuatan tarik

komposit kombinasi serat tebu dengan fraksi

volume epoxy 55%,60%,65%,70% dan 75%

adalah fraksi volume epoxy 55% menghasilkan

kuat tarik 3,16 kgf/mm, fraksi volume epoxy

60% menghasilkan kuat tarik 3,14 kgf/mm,

fraksi volume epoxy 65% menghasilkan kuat

tarik 2,67 kgf/mm, fraksi volume epoxy 70%

menghasilkan kuat tarik 2,35 kgf/mm dan

fraksi volume epoxy 75% menghasilkan kuat

tarik 3,19 kgf/mm. Kekuatan tarik rata-rata

komposit serat tebu yang terbaik atau tertinggi

adalah pada fraksi volume 75% Hasil pengujian

lengkung menunjukan sudut lengkung

menunjukan pada fraksi volume 65% sudut

lengkungnya tidak baik hanya 21,33

64

sedangkan yang terbaik adalah pada fraksi

volume 60% yang menunjukan sudut

lengkungnya 42,33.

Hasil pengujian tarik dan lengkung

menunjukan bahwa rongga-rongga udara yang

terdapat pada spesimen uji tarik maupun uji

lengkung sangat mempengaruhi sifat mekanik

komposit serat tebu.

DAFTAR PUSTAKA

ASTM , 1999, Buku Annual Standard Book,

Nurdin Hardi, 2009, pengaruh penggunanan jenis serat pada komposit polimer terhadap

kekuatan tarik, Padang : UNP.

Kristomus Boiman, 2010, Pengaruh Fraksi Volume Dan Panjang Serat Terhadap Sifat Bending Komposit Poliester Yang Diperkuat Serat Batang Pisang Nusa Cendana.Kupang

Muhamad Fajar Sugeng Nugroho, 2008, Optimasi Kekuatan Bending Dan Impact Komposit Berpenguat Serat Ramie Bermatrik Polyester BQTN 157 Terhadap Fraksi

Volume Dan Tebak Skin Muhammadiyah.Surakarta

Purmuko I Purboputo, 2006, Pengaruh Panjang Serat Terhadap Kekuatan Impak Komposit Enceng Gondok Dengan Matrik poliester Muhammadiyah. Surakarta.

P. Stevens. Malcolm, 2001, Kimia Polimer Pradnya Paramita. Jakarta.

Wagenugraha ,2008,Material Komposit Tangguh Berbasis Serat Alam

Documents

115-227-1-SM