Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting, selain gandum dan padi. Sebagai sumber karbohidrat utama di Amerika Tengah dan Selatan, jagung juga menjadi alternatif sumber pangan di Amerika Serikat. Penduduk beberapa daerah
commit to user
di Indonesia (misalnya di Madura dan Nusa Tenggara) juga menggunakan jagung sebagai pangan pokok. Selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari bulir), dibuat tepung (dari bulir, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku industri (dari tepung bulir dan tepung tongkolnya). Tongkol jagung kaya akan pentosa, yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural. Jagung yang telah direkayasa genetika juga sekarang ditanam sebagai penghasil bahan farmasi.
Berdasarkan bukti genetik, antropologi, dan arkeologi diketahui bahwa daerah asal jagung adalah Amerika Tengah (Meksiko bagian selatan). Budidaya jagung telah dilakukan di daerah ini 10.000 tahun yang lalu, lalu teknologi ini dibawa ke Amerika Selatan (Ekuador) sekitar 7000 tahun yang lalu, dan mencapai daerah pegunungan di selatan Peru pada 4000 tahun yang lalu. Kajian filogenetik menunjukkan bahwa jagung (Zea
mays ssp. mays) merupakan keturunan langsung dari teosinte (Zea mays ssp. parviglumis). Dalam proses domestikasinya, yang berlangsung paling
tidak 7000 tahun oleh penduduk asli setempat, masuk gen-gen dari subspesies lain, terutama Zea mays ssp. mexicana. Istilah teosinte sebenarnya digunakan untuk menggambarkan semua spesies dalam genus Zea, kecuali Zea mays ssp. mays. Proses domestikasi menjadikan jagung merupakan satu-satunya spesies tumbuhan yang tidak dapat hidup secara liar di alam. Hingga kini dikenal 50.000 varietas jagung, baik ras lokal maupun kultivar.
Jagung merupakan tanaman semusim (annual). Satu siklus hidupnya diselesaikan dalam 80-150 hari. Paruh pertama dari siklus merupakan tahap pertumbuhan vegetatif dan paruh kedua untuk tahap pertumbuhan generatif. Tinggi tanaman jagung sangat bervariasi. Meskipun tanaman jagung umumnya berketinggian antara 1m sampai 3m, ada varietas yang dapat mencapai tinggi 6m. Tinggi tanaman biasa diukur dari permukaan tanah hingga ruas teratas sebelum bunga jantan. Meskipun
commit to user
beberapa varietas dapat menghasilkan anakan (seperti padi), pada umumnya jagung tidak memiliki kemampuan ini.
Potensi energi limbah pada komoditas jagung sangat besar dan diharapkan akan terus meningkat sejalan dengan program pemerintah dalam meningkatkan produksi jagung secara nasional. Limbah jagung diantaranya adalah bonggol jagung. Bonggol jagung dapat dimanfaatkan untuk bahan pakan tenak dan sebagai bahan bakar konvensional. Pemanfaatan bonggol jagung sebagai pakan ternak perlu diikuti oleh penambahan bahan lain sebagai sumber protein mineral, dan vitamin agar ternak dapat tumbuh optimal. Hal ini menyebabkan pemanfaatan bonggol jagung sebagai pakan tenak kurang begitu maksimal dan masih banyak yang terbuang sebagai sampah.
Serbuk bonggol jagung ini mempunyai bentuk yang halus dan lembut. Serbuk ini sifatnya mudah terbakar dan serbuk bonggol jagung ini biasanya berfungsi sebagai serat penguat dari sebuah adonan fiberglass ketika akan dicetak, agar hasilnya menjadi lebih kuat dan tidak mudah terjadi retakan pada bahan (Sarwanto, 2010).
Gambar.2.16. Serbuk Bonggol Jagung
Kandungan serat yang cukup tinggi menyebabkan bonggol jagung memiliki pori-pori yang cukup banyak. Bonggol jagung termasuk bahan
commit to user
selulosa yang bisa menyerap air namun mempunyai sifat cukup kesat (Purboputro, 2014).
Bonggol memiliki sifat-sifat seperti salah satu bagiannya keras dan sebagian bersifat menyerap (absorbent), juga sifat-sifat yang merupakan gabungan beberapa sifat, seperti: tidak terjadi reaksi kimia bila dicampur dengan zat kimia lain (inert), dapat terurai secara alami dan ringan (Teguh Wikan, dkk., 2007).
b. Serbuk Kuningan
Gambar 2.17. Serbuk Kuningan
Kuningan (Cu-Zn) adalah logam yang merupakan campuran dari tembaga (Cu) dan seng (Zn). Tembaga merupakan komponen utama dari kuningan, dan kuningan biasanya diklasifikasikan sebagai paduan tembaga. Warna kuningan bervariasi dari coklat kemerahan gelap hingga ke cahaya kuning keperakan tergantung pada jumlah kadar seng. Seng lebih banyak mempengaruhi warna kuningan tersebut. Kuningan lebih kuat dan lebih keras daripada tembaga, tetapi tidak sekuat atau sekeras seperti baja. Kuningan sangat mudah untuk di bentuk ke dalam berbagai bentuk, sebuah konduktor panas yang baik, dan umumnya tahan terhadap korosi dari air garam. Karena sifat-sifat tersebut, kuningan kebanyakan
commit to user
digunakan untuk membuat pipa, tabung, sekrup, radiator, alat musik, aplikasi kapal laut, dan casing cartridge untuk senjata api.
Keunggulan dari logam kuningan, antara lain: 1) Logam yang tahan korosi, 2) Alat penukar panas yang baik (biasa digunakan pada onderdil kendaraan), 3) Memiliki keuletan yang tinggi & mudah di bentuk, 4) Sebagai katalis yang baik (Katalis merupakan suatu zat yang mempengaruhi kecepatan reaksi tetapi tidak dikonsumsi dalam reaksi dan tidak mempengaruhi kesetimbangan kimia pada akhir reaksi)
Komponen utama kuningan adalah tembaga (Cu). Jumlah kandungan tembaga bervariasi antara 55% sampai dengan 95% menurut beratnya tergantung pada jenis kuningan dan tujuan penggunaan kuningan. Kuningan yang mengandung persentase tinggi tembaga terbuat dari tembaga yang dimurnikan dengan cara elektrik. Yang setidaknya menghasilkan kuningan murni 99,3% agar jumlah bahan lainnya bisa di minimalkan. Kuningan yang mengandung persentase rendah tembaga juga dapat dibuat dari tembaga yang dimurnikan dengan elektrik, namun lebih sering dibuat dari scrap tembaga. Ketika proses daur ulang terjadi, persentase tembaga dan bahan lainnya harus diketahui sehingga produsen dapat menyesuaikan jumlah bahan yang akan ditambahkan untuk mencapai komposisi kuningan yang diinginkan.
Komponen kedua dari kuningan adalah seng (Zn). Jumlah seng bervariasi antara 5% sampai dengan 40% menurut beratnya tergantung pada jenis kuningan. Kuningan dengan persentase seng yang lebih tinggi memiliki sifat lebih kuat dan lebih keras, tetapi juga lebih sulit untuk dibentuk, dan memiliki ketahanan yang kurang terhadap korosi. Seng yang digunakan untuk membuat kuningan bernilai komersial dikenal sebagai spelter.
Beberapa kuningan juga mengandung persentase kecil dari bahan lain untuk menghasilkan karakteristik tertentu, Hingga 3,8% menurut beratnya. Timbal dapat ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan. Penambahan timah meningkatkan ketahanan terhadap korosi, Membuat
commit to user
kuningan lebih keras dan membuat struktur internal yang lebih kecil sehingga kuningan dapat dibentuk berulang dalam proses yang disebut penempaan. Arsenik dan antimony kadang-kadang ditambahkan ke dalam kuningan yang mengandung seng lebih dari 20% untuk menghambat korosi. Bahan lain yang dapat digunakan dalam jumlah yang sangat kecil yaitu mangan, silikon, dan fosfor.
Cara pembuatan logam kuningan adalah dengan cara pengecoran, karena cara pengecoran ini adalah satu-satunya cara yang biasa digunakan dalam industri logam kecil ataupun industri besar. Pengecoran logam adalah proses peleburan atau proses pencairan logam kemudian logam cair dituangkan ke dalam cetakan dan logam kemudian dibiarkan dingin membeku. Proses pengecoran meliputi pembuatan cetakan, persiapan, peleburan,penuangan logam cair kedalam cetakan dan proses lanjutan logam hasil coran. Pada proses pengecoran logam kuningan di industri kecil yang ada masih menggunakan sistem cetakan pasir, dalam peleburan kuningan cor ini umumnya dimanfaatkan dari bahan bekas yang dilebur dengan tanur krus atau dengan tanur induksi frekuensi rendah. Temperatur cairan sebaiknya jangan terlalu tinggi jika terlalu tinggi menyebabkan kehilangan kadar seng karena penguapan.
Tabel 2.1. Titik Cair Kuningan
Titik Standart Kuningan
Komposisi Bahan Titik Cair (°𝐶) 85% Cu - 15% Zn 1150 – 1200 70% Cu - 20% Zn 1080 – 1130 60% Cu - 40% Zn 1030 – 1080
c. Magnesium Oksida (MgO)
Magnesium Oksida (MgO) atau magnesia ialah suatu mineral padat higroskopis berwarna putih yang terjadi secara alami sebagai periklas dan merupakan sumber magnesium. Magnesium oksida memiliki rumus empiris MgO dan terdiri dari satu kisi ion Mg2+ dan ion O2− yang berpegangan melalui ikatan ionik. Magnesium oksida secara historis
commit to user
dikenal sebagai magnesia alba (secara literatur, mineral putih ini dari Magnesia sumber lain yang memberikan magnesia alba sebagai MgCO3), untuk membedakannya dari magnesia negra, suatu mineral hitam yang mengandung apa yang kini dikenal sebagai mangan.
Gambar 2.18 Magnesium Oksida
Magnesium oksida diproduksi melalui kalsinasi magnesium karbonat atau magnesium hidroksida atau melalui pengolahan magnesium klorida dengan kapur yang diikuti dengan pemanasan.
MgO dipilih sebagai bahan pengisi yang juga berfungsi sebagai bahan abrasif dan penguat karena karakteristik yang baik. Magnesium oksida adalah logam yang agak kuat, dengan warna putih keperakan beratnya ringan (satu pertiga lebih ringan dari alumunium) dan akan menjadi kusam bila diungkapkan pada udara.
MgO adalah material berstruktur logam yang sangat ringan dengan berat jenis (1,74 gr/cm3), titik lebur (650 oC), titik didih (1097 oC), modulus elastis (110 MPa), kekuatan luluh (255 MPa), kekerasan (12 VHN). Serbuk MgO merupakan jenis zat tambahan yang dicampurkan pada pembuatan CMCs, selain itu juga magnesium oksida sebagai wetting
agent yang membuat ikatan antar Alumina dan Aluminium lebih kuat,
commit to user
Komposit dengan penambahan sedikit kadar MgO dengan yang tanpa serbuk MgO lebih baik dengan yang memakai kadar MgO. Serbuk MgO walaupun persentasenya kecil memegang peranan penting dalam meningkatkan kemampuan pembasahan (wettability) dengan mengkodisikan permukaan padat juga mempunyai kemampuan untuk mengisi setiap perbedaan ketinggian dari permukaan yang kasar dan menurunkan tegangan interfacial. Ketahanan aus dapat ditingkatkan melalui penambahan unsure magnesium oksida. Selain MgO ada beberapa pilihan bahan yang dapat dijadikan alternatif sebagai zat pengisi seperti Al2O3, SiO2, Fe3O4, Cr2O3, SiC, ZrSiO4 namun harganya relatif lebih mahal dibandingkan dengan MgO (Andi Priyanto, 2015)
d. Resin Polyester
Gambar 2.19 Resin Polyester BQTN 157
Polyester paling banyak digunakan terutama untuk aplikasi
konstruksi ringan, harganya murah, resin ini mempunyai karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai, transparan, dapat dibuat kaku, fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Keuntungan lain matriks polyester adalah mudah dikombinasikan dengan resin lain dan dapat di gunakan untuk semua bentuk penguatan plastik. Salah satunya polyester tersebut dipergunakan sebagai bahan pembuatan kampas rem, aksesoris visor dan lain-lain.
commit to user
Penggunaan resin jenis ini dapat dilakukan dari proses hand lay-up sampai dengan proses yang kompleks yaitu dengan proses mekanik. Resin ini banyak digunakan dalam aplikasi komposit pada dunia industri dengan pertimbangan harga relatif murah, curing yang cepat, warna jernih, kestabilan dimensional dan mudah penanganannya (Rianto, 2011)
Tabel 2.2. Spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157
Item Satuan Nilai Tipikal Catatan
Berat jenis Gr/cm3 1.215
Kekerasan 40 Barcol GYZJ
934-1
Suhu distorsi panas oC 70
Penyerapan air
(Suhu ruangan) % 0.188 1 hari
Kekuatan Fleksural Kg/mm2 9.4 Modulus Fleksural Kg/mm2 300
Daya rentang Kg/mm2 5.5
Modulus rentang Kg/mm2 300
Elongasi % 1.6
Sumber : Justus Kimia Raya,1996
e. Katalis
commit to user
Katalis berupa suatu cairan, dan cairan ini biasanya berwarna bening dan berbau. Katalis berfungsi sebagai zat yang mempercepat reaksi pembentukan komposit, sehingga mempercepat proses pengerasan adonan. Semakin banyak katalis maka akan semakin cepat adonan mengeras tetapi hasilnya kurang bagus. Penambahan katalis yang baik sejumlah 1% dari jumlah total resin yang dipakai. Apabila cairan ini jika mengenai kulit akan terasa panas, seperti cairan air zuur.
f. Bentuk dan Ukuran Partikel
Bentuk dan ukuran partikel memegang peranan penting dalam menentukan kualitas ikatan material komposit. Semakin kecil ukuran partikel yang berikatan maka kualitas ikatannya semakin baik, karena semakin luas kontak permukaan antar partikel. Ukuran partikel juga berpengaruh pada distribusi partikel, semakin kecil partikel kemungkinan terdistribusi secara merata lebih besar, sehingga pada proses pencampuran akan diperoleh distribusi yang homogen. Kehomogenan campuran menentukan kualitas ikatan komposit, karena selama proses kompaksi gaya tekan yang diberikan akan terdistribusi secara merata. Ikatan antar partikel dalam material komposit salah satunya disebabkan karena adanya interlocking antar partikel yang dipengaruhi oleh bentuk partikel yang digunakan (Nurun Nayiroh, 2013).
g. Pencampuran (mixing)
Dalam proses pencampuran (mixing), ada dua macam pencampuran, yaitu pencampuran basah (wet mixing) dan Pencampuran kering (dry mixing). Pencampuran basah (wet mixing) yaitu proses pencampuaran dimana serbuk matrik dan filler dicampur terlebih dahulu dengan pelarut polar. Metode ini dipakai apabila material (matrik dan
filler) yang digunakan mudah mengalami oksidasi. Tujuan pemberian
commit to user
yang digunakan dan untuk melapisi permukaan material supaya tidak berhubungan dengan udara luar sehingga mencegah terjadinya oksidasi pada material yang digunakan (Nurun Nayiroh, 2013).
Pencampuran kering (dry mixing) yaitu proses pencampuran yang dilakukan tanpa menggunakan pelarut untuk membantu melarutkan dan dilakukan di udara luar. Metode ini dipakai apabila material yang digunakan tidak mudah mengalami oksidasi.
Faktor penentu kehomogenan distribusi partikel, antara lain: 1) Kecepatan pencampuran
2) Lamanya waktu pencampuran 3) Ukuran partikel
4) Jenis material 5) Temperatur
6) Media pencampuran
Semakin besar kecepatan pencampuran, semakin lama waktu pencampuran, dan semakin kecil ukuran partikel yang dicampur, maka distribusi partikel semakin homogen. Kehomogenan campuran sangat berpengaruh pada proses penekanan (kompaksi), karena gaya tekan yang diberikan pada saat kompaksi akan terdistribusi secara merata sehingga kualitas ikatan antar partikel semakin baik.
Perhitungan fraksi berat dan fraksi volume komposit 1) Fraksi berat
𝜔𝑐 = 𝜔𝑚+ 𝜔𝑓 Wm = 𝜔𝑓
𝜔𝑐 Wm + Wf = 1
Keterangan : 𝜔𝑐 = berat komposit 𝜔𝑐 = berat filler 𝜔𝑓 = berat matriks Wf = fraksi berat filler Wm = fraksi berat matriks
commit to user 2) Fraksi Volume 𝑣𝑐 = 𝑣𝑚+ 𝑣𝑓 Vm = 𝑣𝑚 𝑣𝑐 Vf = 𝑣𝑓 𝑣𝑐 Vm + Vf = 1
Keterangan : 𝑣𝑐 = Volume komposit 𝑣𝑓 = Volume filler 𝑣𝑚 = Volume matriks Vf = Fraksi volum filler Vm = Fraksi volim matriks
h. Penekanan (kompaksi)
Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi sampel dengan bentuk tertentu sesuai dengan cetakannya. Ada 2 macam metode kompaksi yaitu cold compressing dan hot compressing. Cold compressing, yaitu penekanan dengan temperatur kamar. Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah teroksidasi, seperti Al. Sedangkan hot
compressing, yaitu penekanan dengan temperatur di atas temperatur
kamar. Metode ini dipakai apabila material yang digunakan tidak mudah teroksidasi (Nurun Nayiroh, 2013).
Pemberian tekanan yang sangat besar terhadap material serbuk yang bertujuan untuk mendapatkan spesimen benda uji yang diinginkan, proses kompaksi dapat dilihat pada Gambar 2.12 dibawah ini.
commit to user
Gambar 2.21. Proses Kompaksi (Sumber: Fitrianto, 2012: 25)
Pada proses kompaksi, gaya gesek yang terjadi antar partikel yang digunakan dan antar partikel komposit dengan dinding cetakan akan mengakibatkan kerapatan pada daerah tepi dan bagian tengah tidak merata. Untuk menghindari terjadinya perbedaan kerapatan, maka pada saat kompaksi digunakan lubricant/pelumas yang bertujuan untuk mengurangi gesekan antara partikel dan dinding cetakan. Dalam penggunaan
lubricant/bahan pelumas, dipilih bahan pelumas yang tidak reaktif
terhadap campuran serbuk dan yang memiliki titik leleh rendah sehingga pada proses pemanasan tingkat awal lubricant dapat menguap.
Tekait dengan pemberian lubricant pada proses kompaksi, maka terdapat 2 metode kompaksi, yaitu:
1) Die-wall compressing
Penekanan dengan memberikan lubricant pada dinding cetakan
2) Internal lubricant compressing
Penekanan dengan mencampurkan lubricant pada material yang akan ditekan
Pada proses kompaksi ada 3 kemungkinan model ikatan yang disebabkan oleh gaya vanderwals:
commit to user 1) Pola ikatan bola-bola
Terjadi bila besarnya gaya tekan yang diberikan lebih kecil dari yield strength (ys) matrik dan filler sehingga serbuk tidak mengalami perubahan bentuk secara permanen atau mengalami deformasi elastis baik pada matrik maupun filler sehingga serbuk tetap berbentuk bola.
2) Pola ikatan bola-bidang
Terjadi bila besarnya gaya tekan yang diberikan diantara yield strength (ys) dari matrik dan filler. Penekanan ini menyebabkan salah satu material (matrik) terdeformasi plastis dan yang lain (filler) terdeformasi elastis, sehingga berakibat partikel seolah-olah berbentuk bola-bidang.
3) Pola ikatan bidang-bidang
Terjadi bila besarnya gaya tekan yang diberikan lebih besar pada dari yield strength (ys) matrik dan filler. Penekanan ini menyebabkan kedua material (matrik dan filler) terdeformasi plastis, sehingga berakibat partikel seolah-olah berbentuk bidang-bidang. i. Proses Curing
Proses curing adalah proses pengeringan bahan-bahan penyusun komposit, baik itu matriknya maupun serat penguatnya. Kecepatan proses
curing ini berbeda-beda tergantung dari prosentase katalis yang dipakai
dan tergantung dari besarnya panas yang dipakai dalam proses curing. Diharapkan pada proses curing ini bisa mengurangi rongga-rongga yang ada di dalam komposit sehingga dihasilkan komposit yang berkualitas baik (Ari, 2014).
Tujuan proses curing antara lain sebagai berikut: 1) Memobilitas molekul matrik agar bereaksi secara sempurna. 2) Membuang unsur air atau bahan yang mudah menguap lainnya.
3) Memberi kesempatan resin untuk mengalir sehingga dicapai distribusi yang merata yang dapat meningkatkan kekuatan tarik komposit.
commit to user
Terdapat bermacam-macam proses curing, antara lain dengan: Oven, Minyak Panas, Lampu, Uap Panas, Autoclave, Microwave dan lain-lain.
1) Proses Curing dengan Oven
Oven bertenaga listrik atau gas dengan sirkulasi udara panas adalah jenis oven yang sering digunakan. Model ini tergolong mahal dan dapat digunakan dalam skala besar. Tekanan sering ditambahkan dalam proses ini dengan shrink tape atau dengan sebuah kantong vacum. Energi yang digunakan jelas lebih besar dibanding proses
curing yang lain. Hal ini disebabkan karena energi dipakai untuk
memanaskan seluruh ruang termasuk udara, cashing, penyangga oven bahkan lantai juga ikut terkena panas.
2) Proses Curing dengan Minyak Panas
Metode ini sering dipakai pada komposit atau matrik dengan waktu sangat cepat, biasanya membutuhkan waktu kurang dari 15 menit. Minyak panas digunakan untuk mendapatkan pemanasan yang sangat cepat. Suhu curing pada metode ini berkisar antara 150-240°C. 3) Proses Curing dengan Lampu
Panas lampu digunakan pada komposit yang permukaannya memantulkan cahaya. Panasnya mencapai sekitar 170°C. Selain mudah digunakan, penanganan yang tepat juga diperlukan agar proses curing bisa merata pada seluruh bahan komposit. Metode lain pada proses ini menggunakan lampu xenon (Pulsed Xenon Lamp), dimana katalis yang dipakai adalah katalis yang peka terhadap cahaya.
4) Proses Curing dengan Steam/Uap
Metode ini memakai uap sebagai sumber panas. Pada proses ini memakai beberapa saluran pipa untuk sirkulasi air dan udara. Pada ujung mandrel besi (alat penggulung serat) terdapat alat pengatur jalannya air dan uap. Setelah katup dibuka, uap panas mengalir dan disirkulasikan melalui mandrel berongga (hollow mandrel) untuk
commit to user
melakukan proses curing. Setelah proses curing selesai, air dingin dialirkan untuk mendinginkan mandrel.
5) Proses Curing dengan Autoclave
Untuk mendapatkan komposit berkualitas baik untuk bahan pesawat luar angkasa maka perlu memakai proses curing autoclave, dengan bantuan ruang hampa udara (vacum). Meskipun tidak digunakan dalam produksi massal, cara ini mampu menghasilkan tekanan 1,4 - 2,1 Mpa dan temperatur sekitar 371°C. Kelemahan dari proses curing ini adalah lamanya proses dan tidak dapat digunakan dalam produksi massal.
6) Proses Curing dengan Microwave
Penggunaan metode ini dapat memberikan keuntungan yang signifikan, terutama pada serat glass dan serat aramid. Panas bisa diserap dengan cepat oleh matrik/resin dan seratnya. Energi yang digunakan dalam proses ini tidak sedikit dan membutuhkan biaya yang cukup besar. Proses curing dengan microwave tidak boleh digunakan pada bahan yang bersifat konduktif, seperti serat karbon.