Upload
others
View
17
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
20
PENGARUH ORIENTASI SUDUT SERAT SABUT KELAPA TERHADAP
KEKUATAN MEKANIK BAHAN GENTENG KOMPOSIT POLIMER
Milawarni 1
1Jurusan Teknik Elektro (fisika material) Politeknik Negeri Lhokseumawe
Email: [email protected]
ABSTRAK
Penelitian tentang pengaruh orientasi sudut serat sabut kelapa terhadap kekuatan
mekanik bahan genteng komposit polimer telah dilakukan. Bahan yang digunakan
adalah aspal 10%, Polipropilen (PP) bekas 10%. Variasi komposisi pasir dan serat
sabut kelapa (SSK) yang dibuat adalah 80:0, 79:1, 78:2, 77:3 , 76:4 dan 75:5.
Untuk mengetahui karakterisasi genteng komposit polimer ini dilakukan pengujian
terhadap sifat mekanik. Hasil pengujian sifat mekanik meliputi uji tarik dan impak
maksimum pada komposisi 77:3 sebesar 53, 26 kgf/cm2 dan 2, 00 J/cm
2. Hasil
pengujian kuat lentur maksimum pada komposisi 76:4 yaitu 133,39 kgf/cm2 atau
13,08 MPa. Dari hasil pengujian menunjukkan komposisi 77:3 merupakan hasil
maksimum sehingga komposisi ini dianggap yang terbaik, oleh karena itu sampel
ini digunakan untuk mengorientasi sudut SSK. Orientasi sudut penempatan serat
dapat menyebabkan penurunan kekuatan mekanik, dimana besarnya penurunan
tersebut berbeda-beda berdasarkan proporsi sudut yang terjadi. Orientasi sudut
yang paling optimum ada pada sudut 00 searah dengan arah pembebanan.
Kata kunci: genteng, komposit, polimer, serat sabut kelapa, Polipropilen,
ABSTRACT
Research has been done on the effect of coco fiber orientation angle on the
mechanical strength of polymer composite tile materials. Asphalt material used is
10%, polypropylene (PP) 10%. The composition variation with coco fiber (SSC)
are made from 80:0, 79:1, 78:2, 77: 3, 76:4 and 75:5. To determine the
characterization of polymer composite tile is done testing of mechanical properties.
Results of testing the mechanical properties include tensile strength and maximum
impact on the composition 77:3 is 53.26 kgf/cm2 and 2.00 J/cm2, the maximum
flexural strength test results on 76:4 is 133, 39 kgf/cm2 or 13.08 MPa. From the
test results show the composition 77:3 is the maximum yield that is considered to
be the best composition, therefore the sample is used to orient the corner of SSCs.
Placement of the fiber orientation angle can cause a decrease in the mechanical
strength, where the magnitude of the reduction varies according to the proportion
angle occurs. The most optimum angle orientation exist in 0o corners in the
direction of loading.
Keyword: composite, polimer, tile, coco fiber, polipropilen.
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
21
PENDAHULUAN
Pembangunan di Indonesia setiap
tahun meningkat dengan pesat, hal ini
memerlukan bahan bangunan dalam
jumlah yang sangat besar. Khusus
penggunaan genteng komposit polimer
sebagai salah satu bahan dalam
pembuatan perumahan semakin banyak
digunakan. Sebagai negara kepulauan
yang berada didaerah tropis dan kondisi
agroklimat yang mendukung, Indonesia
merupakan negara penghasil kelapa
yang utama di dunia. Potensi produksi
serat sabut kelapa (Coco Fiber) yang
sedemikian besar belum dimanfaatkan
sepenuhnya untuk kegiatan produktif
yang dapat meningkatkan nilai
tambahnya (Ditjenbun, 2010).
Seiring dengan perkembangan
teknologi, kebutuhan akan plastik terus
meningkat. Pemanfaatan sampah
plastik khususnya polipropilena (PP)
bekas merupakan upaya menekan
pembuangan plastic seminimal
mungkin dan dalam batas tertentu dapat
menghemat sumber daya dan
mengurangi ketergantungan bahan baku
impor.
Dari kebutuhan akan bahan
bangunan khususnya genteng dan
pemanfaatan serat sabut kelapa (SSK)
sebagai hasil samping potensi kelapa
dan pemanfaatan limbah plastik
(Polipropilen bekas) serta hasil
penelitian sebelumnya maka pembuatan
genteng komposit polimer berpotensi
untuk dikembangkan. Keunggulan
genteng jenis ini yaitu ramah
lingkungan, tahan lama,
pemeliharaanya mudah, anti bocor
(waterproofing), fleksibel dan mudah
dipasang serta sangat ringan.
Bahan komposit adalah suatu jenis
bahan baru hasil rekayasa yang terdiri
dari dua atau lebih bahan dimana sifat
masing-masing bahan berbeda satu
sama lainnya baik itu sifat kimia
maupun fisika dan tetap terpisah dalam
hasil akhir bahan tersebut (bahan
komposit).
Berdasarkan bentuk dari
reinforcement-nya, komposit dapat
dibedakan menjadi: partikel sebagai
penguat, fiber sebagai penguat dan fiber
sebagai struktur (Ramatawa, 2008).
METODE PENELITIAN
Tabel 1. Komposisi bahan
No
Sampel
Komposisi (% berat)
dari berat total 360
gram
Aspal PP Pasir SSK
Sampel
1 10 %
10
% 80 % 0 %
Sampel
2 10 %
10
% 79 % 1 %
Sampel
3 10 %
10
% 78 % 2 %
Sampel
4 10 %
10
% 77 % 3 %
Sampel
5 10 %
10
% 76 % 4 %
Sampel
6 10 %
10
% 75 % 5 %
Penelitian ini dilakukan melalui
tahap yaitu persiapan bahan, proses
pencampuran, pencetakan sampel dan
pengujian dan orientasi sudut serat,
seperti Gambar 5 berikut ini:
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
22
Gambar 1. Diagram alir penelitian
diaduk sampai rata
dituang kedalam cetakan
SSK disusun ditengah (lurus dan satu arah)
dipres menggunakan Hot Pres selama 30 menit
didinginkan pada suhu ruang selama 24 jam
dilepas dari cetakan
Pasir Aspal
dicuci
dikeringkan dibawah sinar matarari
disaring(no.8)
Pasir Halus Aspal Cair
aduk sampai rata
didinginkan hingga mencapai suhu ruang
Campuran Komposit (metode pencampuran leleh-melt
mixing)
Polipropilen (PP)
Genteng Komposit Polimer
dipotong sesuai ukuran spesimen
Uji Tarik Uji Lentur Uji Impak
Orientasi sudut serat (00,450,900)
Selesai
didapat komposisi terbaik
diulangi perlakuan sampai menjadi genteng
dipotong sesuai ukuran specimen
di uji mekanik
Hasil
dibersihakan
dipotong 0.5x0,5cm
ditambah xylene
direflux (PP cair)
dikeringkan(PPkering)
digiling (PP serbuk)
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
23
Pengujian sifat mekanik
Kekuatan Lentur
Uji Lentur ini menggunakan
ASTM D790. Persamaan berikut
diberikan untuk memperoleh kekuatan
lentur yaitu:
…………………….. 1
UFS = Kekuatan lentur (Nm-2
)
P = Gaya penekanan (N)
L = Jarak dua penumpu (m)
b = Lebar sampel (m)
h = tebal sampel (m)
Kekuatan Impak
Harga impak yang dihasilkan (HI)
merupakan perbandingan antara energi
yang diserap (E) dengan luas
penampang (A). Kekuatan impak dapat
dihitung dengan persamaan:
………………………...2
Dimana:
HI = Kekuatan Impak (J/m2)
E = Energi serap (J)
A = Luas permukaan (m2)
Kekuatan Tarik
Tegangan tarik maksimum suatu
kekuatan tarik (tensile strenght) suatu
bahan ditetapkan dengan membagi gaya
tarik maksimum dengan luas
penampang mula-mula. Adapun
persamaannya adalah:
………………………… 3
Dimana:
= Tegangan perpatahan (Nm-2
)
= Gaya perpatahan (N)
= Luas penampang awal (m2)
Efek orientasi serat terhadap
kekuatan
Faktor orientasi serat akan
menentukan kekuatan mekanis dari
suatu bahan komposit dan arah dimana
terdapat kekuatan tersebut yang
terbesar. Ada tiga jenis orientasi serat
yaitu penguatan satu dimensi, dua
dimensi dan tiga dimensi. Jenis
penguat serat satu dimensi memiliki
kekuatan dan modulus komposit yang
maksimum dalam arah orientasi sumbu
serat. Jenis penguatan dua dimensi
menunjukkan kekuatan yang berbeda
pada setiap arah orientasi serat.
Sedangkan jenis penguatan tiga dimensi
adalah isotropic, artinya komposit akan
memiliki kekuatan yang sama pada satu
titik. Sebagai contoh CSM (Random
Chopped Stand Mat) pada komposit
dianggap isotropic, sedangkan pada
bentuk anyaman (woven roving)
menunjukkan sifat yang berbeda pada
setiap titik, maka material ini disebut
anisotropic (Chung D, 2003).
Komposit diperkuat serat kontinu
pada arah yang sama dengan arah
tegangan kerja. Kekuatan komposit tipe
anisotropic ini bervariasi secara linier
dengan fraksi volume serat. Apabila
orientasi serat membuat sudut dengan
arah tegangan tarik yang diterapkan,
maka terjadi penurunan gradient kurva
kekuatan untuk nilai Vf (fraksi volume
serat) yang lebih besar dari Vmin. Efek
pengurangan ini diperoleh dengan
memasukkan faktor orientasi ή dalam
persamaan kekuatan dasar yang
menghasilkan:
………… 4
Dimana:
= Tegangan (kekuatan) komposit
= Faktor orientasi
= Tegangan (kekuatan) serat
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
24
= Fraksi volume serat
= Tegangan dimana matrik mulai
mengalami deformasi plastis dan
pengerasan – regangan.
Vm = Fraksi volum matrik
Gambar 2. Hubungan antara mode
kegagalan, kekuatan, dan
orientasi serat
Gambar 2 menunjukkan
diagram skematik untuk komposit serat
kontinu satu arah dimana terdapat
hubungan antara mode kegagalan,
kekuatan, dan orientasi serat (Chung D,
2003).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian Kekuatan Tarik
Hasil perhitungan diperoleh kuat
tarik terendah pada sampel 1 tanpa serat
dengan komposisi 80 : 0 sebesar 19,10
kgf/cm2 dan kekuatan tarik tertinggi
terdapat pada sampel 5 dengan
komposisi 77 : 3 yaitu 53,26 kgf/cm2.
Kekuatan mekanik untuk uji tarik
meningkat karena pengaruh keberadaan
komposisi serat. Semakin besar
komposisi serat kekuatan tarik
cenderung meningkat pada komposisi
tertentu. Kenaikan nilai kekuatan tarik
berbanding lurus dengan jumlah serat
yang digunakan, semakin besar fraksi
volume serat, maka kekuatan tarik
semakin tinggi, karena semakin banyak
serat yang digunakan maka semakin
banyak komponen penanggung
bebannya, tetapi peningkatan fraksi
volume serat mempunyai batas tertentu,
apabila serat yang digunakan melebihi
batas kemampuan matrik untuk saling
mengikat maka kekuatan tarik akan
menurun.
Pada sampel 4 dengan komposisi
77:3 merupakan batas maksimum uji
tarik yang dihasilkan pada penelitian ini
dan adanya homogenisasi pada
komposisi ini sehingga memiliki nilai
uji tarik yang paling baik. Sampel 5
dan 6 dengan komposisi 76:4 dan 75:5
mulai mengalami penurunan, dimana
serat mulai mendominasi sampel
sementara komposisi matrik tetap dan
kemampuan matrik tidak berperan
secara optimal. Kemampuan daya serap
air pada komposisi 75:5 nilai serapan
airnya maksimum dan sifat densitasnya
minimum.
Hasil Pengujian Kuat Impak
Hasil pengujian kuat impak pada
sampel 1 dengan komposisi 80: 0
merupakan nilai kegetasan yang paling
kecil yaitu 0,22 J/cm2. Pada komposisi
ini hanya ada matrik sebagai pengikat
agregat pasir tetapi tanpa serat yang
berfungsi sebagai penahan gaya yang
efektif. Kuat impak terbesar ada pada
sampel 4 dengan komposisi 77: 3 yaitu
2 J/cm2.
Berdasarkan Gambar 4
penambahan komposisi serat dapat
memperbesar kekuatan impak, hal ini
sesuai dengan fungsi keberadaan serat
sebagai penguat atau penahan beban dan pasir sebagai agregat sebagai
Kegagalan dalam
arah longitudinal
Kegagalan geser
Kekuatan
komposit
Kegagalan dalam arah
transvers
Sudut Orientasi
or((orientasi
serat
0o 450 900
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
25
material perkerasan yang memikul
beban dan daya tahan terhadap cuaca.
Pada sampel 4 komposisi 77:3,
didapat nilai impak tertinggi sebesar 2
J/cm2. Ini terjadi pada saat penambahan
serat 3% dan pengurangan pasir 1 gram
menjadi 77 % dengan nilai komposisi
matrik tetap maka partikel-partikel
antar agregat akan terikat satu sama lain
oleh aspal dengan baik sesuai dengan
fungsi aspal yang memberikan ikatan
yang kuat antara aspal dan agregat pasir
serta sebagai bahan pengisi rongga
antara butir-butir agregat dan pori yang
ada antara agregat itu sendiri, sehingga
terjadi penguatan ikatan antara matrik
dan filler.
Hasil Pengujian Kuat Lentur
Pada Gambar 5 dapat dilihat
bahwa penambahan komposisi serat
cenderung meningkatkan kekuatan
lentur walau terjadi penurunan ketika
komposisi ditingkatkan menjadi 75 : 5
yaitu 66,00 kgf/cm2.
19.124.59
40.05
53.26 50.68
17.86
0
10
20
30
40
50
60
80 : 0 79 : 1 78 : 2 77 : 3 76 : 4 75 :5
Uji
Ta
rik
( K
gf/
cm
2)
Komposisi Pasir dan Serat Sabut Kelapa
Gambar 3. Grafik uji tarik terhadap komposisi SSK terhadap uji Tarik
0.22 0.240.44
2.00
0.990.71
0
0.5
1
1.5
2
2.5
80 : 0 79 : 1 78 : 2 77 : 3 76 : 4 75 :5
Uji
Im
pa
k (
J/cm
2)
Komposisi Pasir dan Serat Sabut Kelapa Gambar 4. Grafik uji impak terhadap komposisi SSK.
42.21 45.35
76.5891.37
133.39
66
0
20
40
60
80
100
120
140
160
80 : 0 79 : 1 78 : 2 77 : 3 76 : 4 75 :5
Ku
at
Len
tur
(Kg
f/cm
2)
Komposisi Pasir dan Serat Sabut Kelapa
Gambar 5. Grafik kuat lentur terhadap komposisi SSK.
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
26
53.26
10.48.98
91.37
56.14
53.9
2 0.22 0.6 0
20
40
60
80
100
0
10
20
30
40
50
60
0 45 90
Hasil
Uji M
ekan
ik
orientasi serat (0)
Gambar 6. Hubungan orientasi sudut terhadap kekuatan mekanik. Kuat tarik
(kgf/cm2) (♦), kuat lentur (kgf/cm
2) (■), kuat impak (J/cm
2) (▲)
Keberadaan serat dapat
menambah kekuatan lentur material
komposit. Tetapi berbeda halnya untuk
sampel 6 dengan kompoasisi 75 : 5,
dimana penambahan SSK sebesar 5%
mengalami penurunan kekuatan, hal ini
dimungkinkan karena berkurangnya
penguatan ikatan elemen-elemen SSK.
Penggunaan SSK dalam jumlah yang
banyak membuat ikatan antar muka
serat dan matrik menjadi lemah
sehingga terlepasnya ikatan antara serat
dan matrik.
Hasil pengujian orientasi sudut
terhadap kekuatan sifat mekanik
bahan genteng komposit polimer Dari Gambar 6 juga dapat dilihat
bahwa arah serat pada sampel
memberikan pengaruh terhadap sifat
mekanik komposit. Ini terjadi karena
pengaruh orientasi sudut, karena arah
orientasi merupakan hal penting dalam
penguatan komposit. Arah orientasi
serat berkaitan erat dengan penyebaran
gaya yang bekerja pada komposit.
Distribusi dari serat paling
maksimum jika arah serat searah
(parallel) dengan arah pembebanan.
Kekuatan komposit akan berkurang
dengan perubahan sudut dari serat,
sehingga komposit akan mempunyai
kekuatan yang tinggi jika struktur serat
dan gaya yang bekerja adalah searah.
Sedangkan kekuatannya akan melemah
jika struktur arah serat berlawanan atau
tegak lurus (transversal) sehingga serat
lebih mudah patah. Serat yang
transversal dengan arah pembebanan
tidak memberi penguatan, malah akan
melemahkan. Hal ini karena matrik
komposit sebenarnya tidak mempunyai
ikatan secara kimia dengan serat
pengisinya melainkan hanya terjadi
ikatan antar muka (ikatan secara fisika).
Ketika gaya makin besar beberapa serat
mulai lepas (debonding) karena adanya
tarikan gaya pada ujungnya. Akibat
gaya antar muka serat dengan matrik
makin lemah sehingga terjadi
debonding yakni lepasnya ikatan antara
serat dengan matriknya.
Pada uji kekuatan lentur, bahwa
kekuatan lentur terbesar ada pada sudut
00 sebesar 91,37 kgf/cm
2 dan pada
orientasi sudut 450 mulai menurun
sebesar 56,14 kgf/cm2 dan 53,90
kgf/cm2 pada sudut 90
0. Gambar 6 juga
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)
Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
Vol. 10 No.2, Desember 2012 ISSN 1693-248X
29
memperlihatkan penurunan kekuatan
lentur seiring dengan pertambahan
sudut orientasi hingga 900.
Hasil penelitian menunjukkan
orientasi sudut penempatan serat
menyebabkan penurunan sifat mekanik
genteng komposit polimer sesuai
dengan proporsi orientasi sudutnya.
SIMPULAN
Karakteristik genteng komposit
polimer dapat dilihat dari hasil
pengujian. Pada uji mekanik didapat
nilai kekuatan tarik dan impak optimum
berada pada komposisi 77:3 sebesar
masing-masing 53, 26 kgf/cm2 dan 2
J/cm2. Hasil uji kekuatan lentur
optimum sebesar 133, 39 kgf/cm2 atau
13, 08 MPa berada pada komposisi
76:4. Orientasi sudut SSK
mempengaruhi penurunan sifat
mekanik genteng komposit polimer
(kuat tarik, kuat impak dan kuat lentur),
dimana besarnya penurunan tersebut
berbeda-beda berdasarkan proporsi
orientasi sudutnya. Orientasi sudut
yang baik untuk pembuatan genteng
komposit polimer sebesar 00.
DAFTAR PUSTAKA
Chung, D., 2003. Composite
Materials:science and
aplications:Functional material for
modern technology. British: British
Library cataloge.
Ditjenbun. 2010. Kelapa Indonesia.
Dikutip tanggal 14 Desember
2011, dari
Ditjenbun:http://ditjenbun.deptan.g
o.id/cigraph/index.php/viewstat/ko
moditiutama/5-Kelapa.
Ramatawa. 2008. Komposit. Dikutip
tanggal 23 pebruari 2012, from
Ramatawa:
http://ramatawa.wordpress.com.