PEMANFAATAN SERBUK SERAT AMPAS TEBU
TERMODIFIKASI SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT HIBRID
PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS/SERAT AMPAS
TEBU/SERAT KACA DENGAN PENAMBAHAN BAHAN
PENYERASI MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA
SKRIPSI
Oleh
CASTIQLIANA
110405062
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PEMANFAATAN SERBUK SERAT AMPAS TEBU
TERMODIFIKASI SEBAGAI PENGISI KOMPOSIT HIBRID
PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS/SERAT AMPAS
TEBU/SERAT KACA DENGAN PENAMBAHAN BAHAN
PENYERASI MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA
SKRIPSI
Oleh
CASTIQLIANA
110405062
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia - Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi
dengan judul “Pemanfaatan Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi sebagai Pengisi Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas/Serat Ampas Tebu/Serat
Kaca dengan Penambahan Bahan Penyerasi Maleat Anhidrida - g - Polipropilena”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan limbah ampas tebu dan plastik bekas kemasan gelas dapat diolah lebih lanjut menjadi komposit yang memiliki potensi untuk dijadikan bahan baku utama dalam pembuatan produk tangki penyimpan air.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar - besarnya kepada :
1. Ibu Dr. Halimatuddahliana, S.T., M.Sc. selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si. selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T. selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Dr. Maulida, S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
5. Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
6. Silvia, selaku partner penelitian penulis.
8. Madeleine Suwita yang selalu memotivasi dan memberikan semangat kepada penulis dalam penyelesaian kegiatan penelitian ini.
9. Rekan - rekan Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara yang telah membagikan informasi kepada penulis. 10. Abang dan kakak senior, teman - teman stambuk 2011, terutama Muhammad Fauzy
Ramadhan, Nurul Aini, Deviana Christianty, Mutiara Valentina, Eklesia Martina, Yunella Amelia, Maria Kristiani, dan Annisa Maharani, serta adik - adik stambuk 2012 hingga 2014 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 12 Agustus 2015 Penulis,
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Lim Bok San dan Ibu Tjui Fong
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan
mendidikku dengan penuh kasih sayang.
Terima kasih at
as pengorbanan, nasehat dan do’
a yang tiada hentinya
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Castiqliana NIM : 110405062
Tempat/Tgl. Lahir : Medan, 27 Januari 1994 Nama orang tua : Lim Bok San
Alamat orang tua :
Jalan Polonia No. 186 Medan 20157 Asal Sekolah :
SD Swasta Wage Rudolf Supratman 2 Medan, tahun 1999 – 2005 SMP Swasta Wage Rudolf Supratman 1 Medan, tahun 2005 – 2008 SMA Swasta Wage Rudolf Supratman 1 Medan, tahun 2008 – 2011 Pengalaman Organisasi/Kerja :
1. Asisten guru kimia dan fisika di institusi Scholar‟s Hub Medan, Indonesia (Oktober 2014 – Januari 2015)
2. Guru matematika dan kimia di institusi Scholar‟s Hub Medan, Indonesia (Februari 2015 – sekarang)
3. Guru les privat (November 2011 – sekarang)
4. Koordinator Utama Pembelajaran Online di institusi Scholar‟s Hub Medan, Indonesia (Juni 2015 – sekarang)
5. Mahasiswa magang di Pabrik Gula Sei Semayang Binjai KM 12,5, Medan (Agustus – September 2014)
Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai :
1. 2012 : Juara 3 Desain Poster KMB USU pada Pekan Olahraga dan Seni Keluarga Mahasiswa Buddhis Universitas Sumatera Utara (PORSENI KMB USU).
2. 2012 : Juara 3 Pertandingan Tenis Meja Putri Tunggal pada Pekan Olahraga dan Seni Keluarga Mahasiswa Buddhis Universitas Sumatera Utara (PORSENI KMB USU)
3. 2012 : Juara 2 Pertandingan Bola Basket pada Pekan Olahraga dan Seni Keluarga Mahasiswa Buddhis Universitas Sumatera Utara (PORSENI KMB USU).
4. 2011 : Juara 25 Olimpiade Bahasa Inggris Tingkat Regional (Aceh, Sumatera Utara, Riau, Sumatera Barat) yang diselenggarakan Komunitas Pengembangan Olimpiade Sains dan Tenaga Pendidik Indonesia (KP - OSTPI).
6. 2011 : Juara 1 Debat Bahasa Inggris yang diselenggarakan oleh OSIS Wage Rudolf Supratman 1 Medan.
7. 2011 : Juara 3 Olimpiade Matematika yang diselenggarakan oleh OSIS Wage Rudolf Supratman 1 Medan.
8. 2011 : Juara 3 Pertandingan Bola Basket 3 on 3 Putri yang diselenggarakan oleh OSIS Wage Rudolf Supratman 1 Medan.
9. 2011 : Juara 2 Lomba Presenter Berita Bahasa Inggris yang diselenggarakan oleh OSIS Wage Rudolf Supratman 1 Medan.
10. 2010 : Juara 1 Kontes Mengeja yang diselenggarakan oleh Ikatan Mahasiswa Sastra Inggris Universitas Sumatera Utara (IMSI USU).
11. 2010 : Juara 1 Karya Tulis Ilmiah Sekolah Menengah Atas Tingkat Regional yang diselenggarakan oleh Departemen Pendidikan Nasional.
12. 2010 : Finalis Lomba Presenter Berita Bahasa Inggris yang diselenggarakan oleh Lions Club Indonesia District 307 - A2.
ABSTRAK
Komposit hibrid adalah salah satu generasi terbaru dalam dunia komposit. Pada komposit hibrid, jenis pengisi berbeda dimasukkan dalam matriks polimer untuk meningkatkan sifat material. Penambahan jenis pengisi bertujuan untuk menutupi kekurangan pengisi yang lainnya. Pada penelitian ini, komposit hibrid plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena/serbuk serat ampas tebu termodifikasi (SSAT)/serbuk serat kaca tipe E (SSK) dengan penambahan penyerasi maleat anhidrida - g - polipropilena (MAPP) telah dilakukan. Sebagai pembanding, komposit tanpa penambahan MAPP, komposit tanpa pengisi dan komposit dengan satu jenis pengisi juga dilakukan. Komposisi SSK dan MAPP dibuat seragam yaitu 10%b dan 2%b, serta komposisi SSAT divariasikan dari 10 - 40%b. Modifikasi permukaan serbuk serat ampas tebu juga dilakukan untuk mengurangi polaritas agar dapat kompatibel dengan sifat non - polar pada PBKG. Modifikasi kimia dilakukan dengan mereaksikan serbuk serat ampas tebu dengan natrium hidroksida (NaOH) 1% pada suhu 30 oC selama 2 jam. Pembuatan komposit hibrid diproses dengan mencampur komponen komposit secara mekanik dan kemudian campuran dimasukkan ke dalam ekstruder. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa terjadinya penurunan polaritas SSAT setelah dimodifikasi dengan alkali. Selain itu, pada karakterisasi FTIR komposit hibrid terverifikasi bahwa pengisi telah berinteraksi dengan matriks PBKG. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa pada penambahan SSAT 20%b diperoleh kekuatan tarik maksimum, yaitu 26,7 MPa. Sementara itu, sifat pemanjangan putus terus menurun dan modulus Young mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya jumlah pengisi alami. Sifat kekuatan lentur dan kekuatan bentur maksimum terjadi pada penambahan SSAT 30%b, yaitu 32,4 MPa dan 46,6 J/cm2. Penambahan MAPP dan 10%b SSK juga memberikan peranan penting dalam meningkatkan sifat mekanik komposit. Hasil pengujian sifat mekanik yang diperoleh didukung oleh analisa Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil analisa penyerapan air menunjukkan peningkatan serapan air dengan bertambahnya jumlah pengisi dan penyerapan air pada komposit yang menggunakan MAPP lebih rendah dari pada komposit yang tidak menggunakan MAPP pada komposisi pengisi yang sama. Selain itu, analisa fraksi volume serat juga telah dilakukan dan diperoleh hasil bahwa penambahan komposisi pengisi meningkatkan fraksi volume serat komposit, serta komposit yang menggunakan MAPP memiliki fraksi volume serat yang lebih rendah daripada komposit yang menggunakan MAPP pada komposisi pengisi yang sama.
ABSTRACT
Hybrid composite is one of the new generations in composite family. In hybrid composite, different reinforcements are introduced into polymer matrix to enhance its properties. The addition of extra reinforcement is meant to overcome the weakness of the preceded reinforcement. In this study, hybrid composite of wasted polypropylene (WPP)/modified bagasse flour (MBF)/E-type glass fiber flour (GFF) with maleic anhydride-g-polypropylene (MAPP) addition were prepared. As comparison, composites without MAPP addition, composite with no fillers and composite with one type of reinforcements were also prepared. GFF and MAPP composition were made constant at 10 wt.% and 2 wt.% respectively and MBF composition was varied from 10 - 40 wt.%. Surface modification was applied to bagasse flour in order to diminish its polarity so that it could be compatible with the non - polar wasted polypropylene matrix. Chemical modification was performed by reacting bagasse flour with sodium hydroxide (NaOH) 1% at 30 oC for 2 hours. The hybrid composite was prepared by mixing the composite‟s components mechanically and then introduced the mixture into an extruder. The result of FTIR characterization had approved that alkali modification had successfully decreasing the polarity of the MBF. In addition, it also verified that both reinforcements had made an interaction with the WPP matrix. The tensile properties measurements showed that addition of 20 wt.% MBF had given maximum tensile strength of 26,7 MPa. On the other hand, the elongation at break value was continuously decreasing while Young modulus was increased. Maximum flexural and impact strength of 32,4 MPa and 46,6 J/cm2 were achieved in addition of 30 wt.% of MBF. Inclusion of MAPP and 10 wt.% of GFF had been proven to play significant role in enhancing the mechanical properties of hybrid composites. These mechanical properties results were supported by Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. Water absorption analysis showed that the ability of the composite to absorb water was confirmed to incline by the increase of the SSAT composition and water absorption of composites with MAPP addition was verified to be lower than composites without MAPP addition in the same fillers content. Furthermore, fiber volume fraction analysis was also performed, its result showed that the increment of fillers composition could increase the fiber volume fraction, and composites with MAPP addition gained lower fiber volume fraction than composites without MAPP addition when the same fillers composition were inserted.
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK viii
ABSTRACT ix
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xiv
DAFTAR TABEL xix
DAFTAR LAMPIRAN xx
DAFTAR SINGKATAN xxii
DAFTAR ISTILAH / SIMBOL xxiii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 4
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 KOMPOSIT 6
2.1.1 Komposit Bermatriks Polimer (Polymer - Matrix Composites) 7 2.1.2 Komposit Bermatriks Logam (Metal - Matrix Composites) 7 2.1.3 Komposit Bermatriks Karbon (Carbon - Matrix Composites) 7 2.1.4 Komposit Bermatriks Keramik (Ceramic - Matrix Composites) 8 2.1.5 Komposit Bermatriks Karet (Rubber - Matrix Composites) 8 2.1.6 Komposit Hibrid (Hybrid Composites) 8
2.2 KOMPONEN KOMPOSIT 11
2.2.1 Fasa Matriks 11
2.2.2 Fasa Tersebar 16
2.2.2.2 Serat Ampas Tebu 22
2.2.3 Fasa Antarmuka 23
2.2.4 Penyerasi 25
2.2.5 Modifikasi Kimia 29
2.3 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT HIBRID 30 2.3.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 30 2.3.2 Uji Kekuatan Lentur (Flexural Strength) 31 2.3.3 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) 32 2.3.4 Analisa Penyerapan Air oleh Komposit (Water Absorption) 33
2.3.5 Analisa Fraksi Volume Serat 34
2.3.6 Karakterisasi Fourier Transform Infra - Red (FTIR) 34 2.3.7 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) 35
2.4 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT 37
2.5 ANALISA EKONOMI 39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 42
3.1 LOKASI PENELITIAN 42
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 42
3.2.1 Bahan 42
3.2.2 Peralatan 42
3.2.2.1 Peralatan Proses 42
3.2.2.2 Peralatan Analisa 43
3.3 VARIABEL PENELITIAN 44
3.4 PROSEDUR PENELITIAN 44
3.4.1 Penyediaan Matriks Komposit 44
3.4.2 Penyediaan Pengisi Serbuk Serat Kaca Tipe - E 45 3.4.3 Penyediaan Pengisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi 46
3.4.4 Penyediaan Penyerasi Komposit 49
3.4.5 Proses Pembuatan Komposit 51
3.4.6 Pengujian Komposit 55
3.4.6.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan ASTM D 638 - 10 Tipe IV
55
3.4.6.2 Uji Kekuatan Lentur (Flexural Strength) dengan ASTM D 790
55
3.4.6.3 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan ASTM D 4812 - 11
3.4.6.4 Uji Penyerapan Air (Water Absorption) dengan ASTM D 570 56 3.4.6.5 Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam Komposit (VF) 57 3.4.6.6 Karakterisasi Fourier Transform Infra - Red (FTIR) 58 3.4.6.7 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) 58
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 60
4.1 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
60
4.2 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI (SSAT)
61
4.3 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA (MAPP)
64
4.4 KARAKTERISASI FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
66
4.5 PENGARUH KOMPOSISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
67
4.6 PENGARUH KOMPOSISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI TERHADAP SIFAT PEMANJANGAN SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
71
4.7 PENGARUH KOMPOSISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI TERHADAP MODULUS YOUNG KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
74
4.8 PENGARUH KOMPOSISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI TERHADAP KEKUATAN LENTUR (FLEXURAL STRENGTH) KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
76
4.9 PENGARUH KOMPOSISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
4.10 PENGARUH KOMPOSISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI TERHADAP SIFAT PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
87
4.11 PENGARUH KOMPOSISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI TERHADAP FRAKSI VOLUME SERAT DAN DENSITAS KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) JENIS POLIPROPILENA
89
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 92
5.1 KESIMPULAN 92
5.2 SARAN 93
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Reaksi Pembentukan Polipropilena 12
Gambar 2.2 Polipropilena Isotaktik 13
Gambar 2.3 Polipropilena Ataktik 13
Gambar 2.4 Polipropilena Sindiotaktik 13
Gambar 2.5 Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) 15 Gambar 2.6 Continuous Strands and Rovings 18
Gambar 2.7 Chopped Strands 18
Gambar 2.8 Yarn 19
Gambar 2.9 Mat 19
Gambar 2.10 Ampas Tebu 22
Gambar 2.11 Komposisi Penyusun Komposit 24
Gambar 2.12 Maleat Anhidrida - Polipropilena (MAPP) 27
Gambar 2.13a Struktur Maleat Anhidrida (MAH) 28
Gambar 2.13b Struktur Polipropilena (PP) 28
Gambar 2.13c Struktur Maleat Anhidrida - Polipropilena (MAPP) 28 Gambar 2.14 Reaksi Proses Dekomposisi Senyawa Benzoil Peroksida 28 Gambar 2.15 Reaksi Proses Degradasi Polipropilena 28 Gambar 2.16 Proses Grafting Maleat Anhidrida ke dalam Polipropilena 29 Gambar 2.17 Reaksi Serat Selulosa dengan NaOH 30 Gambar 2.18 Spesimen V - Notch Metoda Charpy dan Izod 32
Gambar 2.19 Skema Pengujian Impak 33
Gambar 2.20 Susunan Geometri Serat dalam Matriks 34
Gambar 2.21 Prinsip Kerja SEM 36
Gambar 2.22 Tangki dari Polipropilena 37
Gambar 2.23 Tangki dari Polipropilena yang Diperkuat Serat Kaca 38 Gambar 3.1 Flowchart Penyediaan Matriks Komposit 45 Gambar 3.2 Flowchart Penyediaan Pengisi Serbuk Serat Kaca Tipe - E 46 Gambar 3.3 Flowchart Penyediaan Pengisi Serbuk Serat Ampas Tebu
Termodifikasi
49
Gambar 3.4 Flowchart Penyediaan Penyerasi Komposit 51
Gambar 3.6 Alat Hot Press 52 Gambar 3.7 Cetakan Besi untuk Uji Kekuatan Tarik 52 Gambar 3.8 Cetakan Besi untuk Uji Kekuatan Lentur 53 Gambar 3.9 Cetakan Besi untuk Uji Kekuatan Bentur 53 Gambar 3.10 Flowchart Proses Pembuatan Komposit 54 Gambar 3.11 Sketsa Spesimen Uji Tarik dengan ASTM D 638 - 10 Tipe
IV
55
Gambar 3.12 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Lentur dengan ASTM D 790
56
Gambar 3.13 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod dengan ASTM D 4812 - 11
56
Gambar 4.1 Karakterisasi FTIR Plastik Bekas Kemasan Gelas Jenis Polipropilena
60
Gambar 4.2 Struktur Polipropilena 61
Gambar 4.3 Karakterisasi FTIR Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi
62
Gambar 4.4 Reaksi Gugus Hidroksil dengan NaOH 63
Gambar 4.5 Reaksi Gugus Amida dengan NaOH 63
Gambar 4.6 Karakterisasi FTIR Maleat Anhidrida - g - Polipropilena 64 Gambar 4.7 Struktur Maleat Anhidrida - g - Polipropilena 65 Gambar 4.8 Karakterisasi FTIR Komposit Hibrid PBKG Jenis
Polipropilena
66
Gambar 4.9 Pengaruh Komposisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis Polipropilena
67
Gambar 4.10a Mekanisme Pembentukan Ikatan Interfasa oleh MAPP dengan SSAT
69
Gambar 4.10b Mekanisme Pembentukan Ikatan Interfasa oleh MAPP dengan SSK
70
Gambar 4.11 Pengaruh Komposisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi Terhadap Sifat Pemanjangan Saat Putus
(Elongation at Break) Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis Polipropilena
Gambar 4.12 Pengaruh Komposisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi Terhadap Modulus Young Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis Polipropilena
74
Gambar 4.13 Pengaruh Komposisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi Terhadap Kekuatan Lentur (Flexural Strength) Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis Polipropilena
79
Gambar 4.14 Pengaruh Komposisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi Terhadap Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis Polipropilena
79
Gambar 4.15a Morfologi Patahan Komposit Hibrid 58/30/10/2 dengan Perbesaran 100x
81
Gambar 4.15b Morfologi Patahan Komposit Hibrid 58/30/10/2 dengan Perbesaran 1000x
81
Gambar 4.16a Morfologi Patahan Komposit Hibrid 48/30/10/2 dengan Perbesaran 100x
82
Gambar 4.16b Morfologi Patahan Komposit Hibrid 48/30/10/2 dengan Perbesaran 300x
82
Gambar 4.17a Morfologi Patahan Komposit Hibrid 80/10/10/0 dengan Perbesaran 500x
84
Gambar 4.17b Morfologi Patahan Komposit Hibrid 80/10/10/0 dengan Perbesaran 1000x
84
Gambar 4.18a Morfologi Patahan Komposit Hibrid 60/30/10/0 dengan Perbesaran 100x
85
Gambar 4.18b Morfologi Patahan Komposit Hibrid 60/30/10/0 dengan Perbesaran 500x
85
Gambar 4.19 Pengaruh Komposisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi Terhadap Sifat Penyerapan Air (Water Absorption) Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis Polipropilena
87
Gambar 4.20 Pengaruh Komposisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi Terhadap Fraksi Volume Serat dan Densitas
Komposit Hibrid Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) Jenis Polipropilena
Gambar C.1 Proses Pembuatan Penyerasi Maleat Anhidrida - g - Polipropilena
LC-1
Gambar C.2 Proses Pengendapan Penyerasi Maleat Anhidrida - g - Polipropilena Dengan Aseton
LC-1
Gambar C.3 Hasil Pengeringan Endapan Maleat Anhidrida - g - Polipropilena
LC-2
Gambar C.4 Proses Modifikasi Kimia Pengisi Serbuk Serat Ampas Tebu LC-2 Gambar C.5 Hasil Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi LC-3 Gambar C.6 Campuran Komponen Komposit Sebelum Diekstrusi LC-3
Gambar C.7 Alat Ekstrusi LC-4
Gambar C.8 Ekstrudat Hasil Ekstrusi LC-4
Gambar C.9 Preparasi Ekstrudat Menjadi Sampel Uji Komposit LC-5 Gambar C.10 Hasil Cetakan Sampel Uji Komposit LC-5 Gambar C.11 Alat Uji Tarik (Tensile Strength) LC-6 Gambar C.12 Alat Uji Lentur (Flexural Strength) LC-6 Gambar C.13 Alat Uji Bentur (Impact Strength) LC-7 Gambar C.14 Alat Uji FTIR (Fourier Transform Infra-Red) LC-7 Gambar C.15 Alat Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) LC-8 Gambar D.1 Hasil FTIR Plastik Bekas Kemasan Gelas LD-1 Gambar D.2 Hasil FTIR Serbuk Serat Ampas Tebu LD-1 Gambar D.3 Hasil FTIR Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi LD-2
Gambar D.4 Hasil FTIR Serbuk Serat Kaca LD-2
Gambar D.5 Hasil FTIR Maleat Anhidrida - g - Polipropilena LD-3 Gambar D.6 Hasil FTIR Komposit Hibrid PBKG Berpengisi SSAT dan
SSK dengan Penambahan Bahan Penyerasi MAPP
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Variabel Penelitian 5
Tabel 2.1 Karakteristik Polipropilena 14
Tabel 2.2 Karakteristik Polipropilena Daur Ulang 16
Tabel 2.3 Komposisi Serat Kaca Tipe - E 21
Tabel 2.4 Sifat Fisis dan Mekanik Serat Kaca Tipe - E 21 Tabel 2.5 Perbandingan Antara Serat Alami dan Serat Kaca 21
Tabel 2.6 Komposisi Serat Ampas Tebu 23
Tabel 2.7 Sifat Fisis dan Mekanik Serat Ampas Tebu 23 Tabel 2.8 Perusahaan yang Memproduksi Tangki dari Polipropilena 37 Tabel 2.9 Perusahaan yang Memproduksi Tangki dari Polipropilena
yang Diperkuat dengan Serat Kaca
38
Tabel 2.10 Rincian Biaya Pembuatan Produk Komposit Polipropilena Bekas Berpengisi Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi (SSAT) dan Serbuk Serat Kaca (SSK) dengan Penyerasi Maleat Anhidrida - g - Polipropilena (MAPP)
39
Tabel 2.11 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk Tangki Penyimpan Air
40
Tabel 3.1 Variabel Penelitian 44
Tabel A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik (MPa) LA-1
Tabel A.2 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus (%) LA-1
Tabel A.3 Data Hasil Modulus Young LA-2
Tabel A.4 Data Hasil Kekuatan Lentur (MPa) LA-2
Tabel A.5 Data Hasil Kekuatan Bentur (J/cm2) LA-3
Tabel A.6 Data Hasil Penyerapan Air (%) LA-3
Tabel A.7 Data Hasil Fraksi Volume Serat LA-4
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN LA-1
A.1 DATA HASIL KEKUATAN TARIK (MPa) LA-1
A.2 DATA HASIL PEMANJANGAN SAAT PUTUS (%) LA-1
A.3 DATA HASIL MODULUS YOUNG LA-2
A.4 DATA HASIL KEKUATAN LENTUR (MPa) LA-2
A.5 DATA HASIL KEKUATAN BENTUR (J/cm2) LA-3
A.6 DATA HASIL PENYERAPAN AIR (%) LA-3
A.7 DATA HASIL FRAKSI VOLUME SERAT LA-4
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN LB-1
B.1 PERHITUNGAN PENYERAPAN AIR KOMPOSIT HIBRID LB-1
B.2 PERHITUNGAN FRAKSI VOLUME SERAT LB-1
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN LC-1
C.1 PROSES PEMBUATAN PENYERASI MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA
LC-1
C.2 PROSES PENGENDAPAN PENYERASI MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA DENGAN ASETON
LC-1
C.3 HASIL PENGERINGAN ENDAPAN MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA
LC-2
C.4 PROSES MODIFIKASI KIMIA PENGISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU
LC-2
C.5 HASIL SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI LC-3 C.6 CAMPURAN KOMPONEN KOMPOSIT SEBELUM DIEKSTRUSI LC-3
C.7 ALAT EKSTRUSI LC-4
C.8 EKSTRUDAT HASIL EKSTRUSI LC-4
C.9 PREPARASI EKSTRUDAT MENJADI SAMPEL UJI KOMPOSIT LC-5
C.10 HASIL CETAKAN SAMPEL UJI KOMPOSIT
LC-5
C.11 ALAT UJI TARIK (TENSILE STRENGTH) LC-6
C.12 ALAT UJI LENTUR (FLEXURAL STRENGTH) LC-6
C.13 ALAT UJI BENTUR (IMPACT STRENGTH) LC-7
C.15 ALAT UJI SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPY) LC-8 LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN LD-1 D.1 HASIL FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) PLASTIK
BEKAS KEMASAN GELAS
LD-1
D.2 HASIL FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) SERBUK SERAT AMPAS TEBU
LD-1
D.3 HASIL FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI
LD-2
D.4 HASIL FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) SERBUK SERAT KACA
LD-2
D.5 HASIL FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA (MAPP)
LD-3
D.6 HASIL FOURIER TRANSFORM INFRA - RED (FTIR) KOMPOSIT HIBRID PLASTIK BEKAS KEMASAN GELAS (PBKG) BERPENGISI SERBUK SERAT AMPAS TEBU TERMODIFIKASI (SSAT) DAN SERBUK SERAT KACA (SSK) DENGAN PENAMBAHAN BAHAN PENYERASI MALEAT ANHIDRIDA - g - POLIPROPILENA (MAPP)
DAFTAR SINGKATAN
PE Polietilena
PP Polipropilena
PS Polistirena
PVC Polivinil Klorida
ABS Akrilonitril - Butadien Stiren PMMA Polimer Metakrilat
SBR Karet Stiren Butadien RPP Recycled Polypropylene
PP Polipropilena
MAH Maleat Anhidrida
ASTM American Standard Testing Method FTIR Fourier Transform Infra-Red ISO International Standard Organization SEM Scanning Electron Microscope PBKG Plastik Bekas Kemasan Gelas
SSAT Serbuk Serat Ampas Tebu Termodifikasi
SSK Serbuk Serat Kaca
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
τ tegangan tarik N/m2
ε regangan %
A luas permukaan m2
F tegangan N
I panjang akhir sampel m
Io panjang awal sampel m
d jarak antara titik tumpu m
P beban patah N
L lebar batang uji m
b tebal batang uji m
Wg persentase pertambahan massa komposit %
We massa komposit setelah perendaman gram
Wo massa komposit sebelum perendaman gram
ρR densitas resin g/cm3
ρC densitas komposit g/cm3
MR massa resin gram
MC massa komposit gram
VR fraksi volume resin -
ABSTRAK
Komposit hibrid adalah salah satu generasi terbaru dalam dunia komposit. Pada komposit hibrid, jenis pengisi berbeda dimasukkan dalam matriks polimer untuk meningkatkan sifat material. Penambahan jenis pengisi bertujuan untuk menutupi kekurangan pengisi yang lainnya. Pada penelitian ini, komposit hibrid plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena/serbuk serat ampas tebu termodifikasi (SSAT)/serbuk serat kaca tipe E (SSK) dengan penambahan penyerasi maleat anhidrida - g - polipropilena (MAPP) telah dilakukan. Sebagai pembanding, komposit tanpa penambahan MAPP, komposit tanpa pengisi dan komposit dengan satu jenis pengisi juga dilakukan. Komposisi SSK dan MAPP dibuat seragam yaitu 10%b dan 2%b, serta komposisi SSAT divariasikan dari 10 - 40%b. Modifikasi permukaan serbuk serat ampas tebu juga dilakukan untuk mengurangi polaritas agar dapat kompatibel dengan sifat non - polar pada PBKG. Modifikasi kimia dilakukan dengan mereaksikan serbuk serat ampas tebu dengan natrium hidroksida (NaOH) 1% pada suhu 30 oC selama 2 jam. Pembuatan komposit hibrid diproses dengan mencampur komponen komposit secara mekanik dan kemudian campuran dimasukkan ke dalam ekstruder. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa terjadinya penurunan polaritas SSAT setelah dimodifikasi dengan alkali. Selain itu, pada karakterisasi FTIR komposit hibrid terverifikasi bahwa pengisi telah berinteraksi dengan matriks PBKG. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa pada penambahan SSAT 20%b diperoleh kekuatan tarik maksimum, yaitu 26,7 MPa. Sementara itu, sifat pemanjangan putus terus menurun dan modulus Young mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya jumlah pengisi alami. Sifat kekuatan lentur dan kekuatan bentur maksimum terjadi pada penambahan SSAT 30%b, yaitu 32,4 MPa dan 46,6 J/cm2. Penambahan MAPP dan 10%b SSK juga memberikan peranan penting dalam meningkatkan sifat mekanik komposit. Hasil pengujian sifat mekanik yang diperoleh didukung oleh analisa Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil analisa penyerapan air menunjukkan peningkatan serapan air dengan bertambahnya jumlah pengisi dan penyerapan air pada komposit yang menggunakan MAPP lebih rendah dari pada komposit yang tidak menggunakan MAPP pada komposisi pengisi yang sama. Selain itu, analisa fraksi volume serat juga telah dilakukan dan diperoleh hasil bahwa penambahan komposisi pengisi meningkatkan fraksi volume serat komposit, serta komposit yang menggunakan MAPP memiliki fraksi volume serat yang lebih rendah daripada komposit yang menggunakan MAPP pada komposisi pengisi yang sama.
ABSTRACT
Hybrid composite is one of the new generations in composite family. In hybrid composite, different reinforcements are introduced into polymer matrix to enhance its properties. The addition of extra reinforcement is meant to overcome the weakness of the preceded reinforcement. In this study, hybrid composite of wasted polypropylene (WPP)/modified bagasse flour (MBF)/E-type glass fiber flour (GFF) with maleic anhydride-g-polypropylene (MAPP) addition were prepared. As comparison, composites without MAPP addition, composite with no fillers and composite with one type of reinforcements were also prepared. GFF and MAPP composition were made constant at 10 wt.% and 2 wt.% respectively and MBF composition was varied from 10 - 40 wt.%. Surface modification was applied to bagasse flour in order to diminish its polarity so that it could be compatible with the non - polar wasted polypropylene matrix. Chemical modification was performed by reacting bagasse flour with sodium hydroxide (NaOH) 1% at 30 oC for 2 hours. The hybrid composite was prepared by mixing the composite‟s components mechanically and then introduced the mixture into an extruder. The result of FTIR characterization had approved that alkali modification had successfully decreasing the polarity of the MBF. In addition, it also verified that both reinforcements had made an interaction with the WPP matrix. The tensile properties measurements showed that addition of 20 wt.% MBF had given maximum tensile strength of 26,7 MPa. On the other hand, the elongation at break value was continuously decreasing while Young modulus was increased. Maximum flexural and impact strength of 32,4 MPa and 46,6 J/cm2 were achieved in addition of 30 wt.% of MBF. Inclusion of MAPP and 10 wt.% of GFF had been proven to play significant role in enhancing the mechanical properties of hybrid composites. These mechanical properties results were supported by Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. Water absorption analysis showed that the ability of the composite to absorb water was confirmed to incline by the increase of the SSAT composition and water absorption of composites with MAPP addition was verified to be lower than composites without MAPP addition in the same fillers content. Furthermore, fiber volume fraction analysis was also performed, its result showed that the increment of fillers composition could increase the fiber volume fraction, and composites with MAPP addition gained lower fiber volume fraction than composites without MAPP addition when the same fillers composition were inserted.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Komposit hibrid merupakan generasi baru dari dunia komposit yang telah digunakan dalam berbagai macam produk seperti lantai, dekorasi, lemari kabinet, pintu, jendela dan sebagainya. Pada komposit hibrid, jenis pengisi berbeda ditambahkan ke dalam matriks polimer untuk meningkatkan sifat dari material tersebut [1]. Jenis perpaduan pengisi yang digunakan dapat berupa pengisi alami (organik) dan sintetik (non - organik). Penambahan jenis pengisi lain ini bertujuan untuk meminimalisir kelemahan yang terdapat pada pengisi sebelumnya [2]. Pada penelitian ini, akan dikaji pengaruh penambahan pengisi serbuk serat ampas tebu termodifikasi dan serbuk serat kaca terhadap matriks polimer termoplastik polipropilena daur ulang yang berasal dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG).
Berdasarkan data yang dihimpun oleh media elektronik Tribun Manado, diperoleh bahwa produksi sampah plastik Indonesia adalah 5,4 juta ton per tahun dan angka ini merupakan 14% dari total produksi sampah di Indonesia [3]. Penggunaan polipropilena daur ulang dari PBKG pada penelitian ini dapat meminimalisir limbah plastik yang kini telah menjadi masalah pada lingkungan mengingat plastik merupakan jenis material yang sulit terdegradasi oleh alam. Akan tetapi, hasil daur ulang dari PBKG akan menciptakan sifat mekanik material yang kurang baik [4]. Untuk itu, maka perlu ditambahkan pengisi untuk meningkatkan sifat mekanik material tersebut seperti tingkat kekuatan dan kekakuan yang rendah pada berbagai aplikasi teknis [5, 6]. Penelitian - penelitian sebelumnya telah menggunakan pengisi alami maupun sintetik dalam komposit polimer termoplastik daur ulang seperti abu terbang [7], serat kenaf [8], karbon hitam [9], serat sisal [10], dan serat kaca [11].
270 kg ampas tebu per ton tebu [13]. Penggunaan ampas tebu sebagai bahan pembuatan komposit adalah karena biaya yang rendah, memiliki sumber bahan yang dapat diperbaharui setiap tahunnya dan untuk menjaga kelestarian lingkungan. Selain itu, ampas tebu memiliki kadar selulosa yang tinggi [14], bersifat kasar dan kaku [12] dimana ini merupakan bahan yang sesuai untuk digunakan dalam pembuatan bahan komposit polimer. Suatu bahan yang memiliki kadar selulosa yang tinggi mengindikasikan bahwa bahan tersebut memiliki ikatan - ikatan seperti ikatan hidrogen yang dapat membuat bahan menjadi kuat dan kaku [15]. Beberapa penelitian telah menggunakan serat ampas tebu sebagai pengisi pada bahan polimer seperti epoksi [12], poliester alifatik [16], dan polipropilena [14]. Penambahan serat ampas tebu pada polimer termoplastik polipropilena dapat meningkatkan kekuatan lentur dan kekuatan bentur, serta menurunkan kekuatan tarik dan pemanjangan saat putus [14].
Diantara serat sintetik lainnya, serat kaca merupakan jenis serat sintetik yang paling banyak digunakan dalam pembuatan komposit karena bersifat ekonomis, memiliki kekuatan tarik yang tinggi, ketahanan terhadap senyawa kimia yang tinggi dan sifat insulasi yang baik [17]. Meskipun demikian, serat kaca juga memiliki kelemahan seperti kekuatan tarik modulus yang rendah, densitas yang tinggi dan ketahanan lelah yang rendah [18]. Serat kaca banyak digunakan sebagai pengisi pada polimer termoplastik seperti polipropilena [18], polietilen tereftalat [19], polistirena [20], polivinil klorida [21]. Penambahan serat kaca pada polimer termoplastik polipropilena dapat meningkatkan kekuatan dan kekakuan komposit [18].
Kombinasi antara bahan berlignoselulosa yang bersifat polar dengan matriks termoplastik yang bersifat non - polar dapat menyebabkan suatu masalah yaitu adanya ketidakcocokan antara pengisi (serat) dan matriks. Hal ini dapat diatasi dengan melakukan modifikasi serat secara kimia untuk mengurangi gugus hidroksil sehingga serat akan berkurang kepolarannya dan cocok dengan matriks termoplastik [22]. Pengurangan gugus hidroksil juga akan menurunkan daya serap air komposit [23].
penyerasi. Pada penelitian ini, penyerasi yang digunakan adalah Maleat Anhidrida - g - Polipropilena (MAPP). MAPP banyak digunakan untuk meningkatkan keserasian (compatibility) antara polimer dengan pengisinya serta untuk meningkatkan sifat fisika komposit. MAPP meningkatkan keserasian antara termoplastik (seperti polipropilena) yang bersifat non - polar dengan pengisi yang bersifat polar seperti serbuk serat kaca maupun serbuk serat ampas tebu. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penambahan MAPP pada komposit polipropilena / serat kaca [24] dan polipropilena / serat ampas tebu [25] menghasilkan peningkatan kekuatan tarik dan sifat mekanik lainnya.
Sebelumnya juga telah dilakukan penelitian tentang komposit hibrid polipropilena berpengisi serat ampas tebu dan serat kaca oleh Alireza, dkk (2014) dimana kekuatan tarik komposit maksimum diperoleh pada komposisi polipropilena 28%, serat ampas tebu 55%, serat kaca 15% dan MAPP 2% [26]. Pada penelitian ini, polipropilena yang digunakan berasal dari PBKG dan pengisi serbuk serat ampas tebu diberikan perlakuan modifikasi secara kimia.
Pada penelitian ini akan dianalisa pengaruh perbandingan komposisi serbuk serat ampas tebu termodifikasi terhadap serbuk serat kaca dan PBKG. Serbuk serat ampas tebu termodifikasi merupakan jenis pengisi yang divariasikan sehingga serbuk serat ampas tebu termodifikasi ini dapat dimanfaatkan secara maksimal untuk meminimalisir limbah dan mengurangi biaya produksi.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini, yang menjadi permasalahan adalah bagaimana pengaruh komposisi serbuk serat ampas tebu termodifikasi terhadap sifat mekanik komposit polipropilena daur ulang berpengisi serbuk serat ampas tebu termodifikasi dan serbuk serat kaca.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
karakterisasi Fourier Transform Infra - Red (FTIR) dan didukung oleh analisa
Scanning Electron Microscopy (SEM).
1.4 MANFAAT PENELITIAN Penelitian ini diharapkan dapat:
1. Menjadi salah satu alternatif untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang diakibatkan limbah padat ampas tebu yang dihasilkan industri gula dan polipropilena daur ulang yang dihasilkan industri plastik bekas kemasan gelas (PBKG).
2. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan serbuk serat ampas tebu dan PBKG.
3. Memberikan informasi terutama dalam bidang penelitian komposit hibrid tentang pengaruh komposisi serbuk serat ampas tebu termodifikasi dan serbuk serat kaca sebagai bahan pengisi komposit polipropilena daur ulang sehingga dapat diketahui komposisi pengisi yang terbaik.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer, Laboratorium Fisika Terpadu dan Laboratorium Kimia Terpadu, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Departemen Kimia, Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Penelitian serta Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.
Adapun bahan baku yang digunakan pada penelitian ini yaitu : 1. Polipropilena daur ulang yang diperoleh dari limbah PBKG.
2. Serbuk serat ampas tebu yang diperoleh dari limbah penjualan air tebu. 3. Serbuk serat kaca tipe E yang diperoleh dari PT. Justus Kimiaraya.
4. MAPP sebagai penyerasi yang disintesa dari bahan baku utama maleat anhidrida dan polipropilena
Tabel 1.1 Variabel Penelitian No. PBKG
(%)
SSAT (%)
SSK (%)
MAPP (%)
Modifikasi Kimia pada SSAT
1. 100 0 0 0 Tidak ada
2. 88 10 0 2 Ada
3. 88 0 10 2 Tidak ada
4. 80 10 10 0 Ada
5. 78 10 10 2 Ada
6. 70 20 10 0 Ada
7. 68 20 10 2 Ada
8. 60 30 10 0 Ada
9. 58 30 10 2 Ada
10. 50 40 10 0 Ada
11. 48 40 10 2 Ada
Keterangan :
Ukuran serbuk serat ampas tebu termodifikasi dan serbuk serat kaca yang digunakan adalah 100 mesh.
PBKG = Plastik Bekas Kemasan Gelas SSAT = Serbuk Serat Ampas Tebu SSK = Serbuk Serat Kaca
MAPP = Maleat Anhidrida - g - Polipropilena
Uji dan karakterisasi yang dilakukan pada komposit hibrid PBKG tersebut adalah:
1. Uji kekuatan tarik (tensile strength) ASTM D 638 - 10 Tipe IV 2. Uji kekuatan lentur (flexural strength) ASTM D 790
3. Uji kekuatan bentur (impact strength) ASTM D 4812 - 11 4. Penyerapan air (water absorption) ASTM D 570
5. Analisa fraksi volume serat
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KOMPOSIT
Komposit adalah jenis material yang dibuat dengan mengkombinasikan dua atau lebih bahan yang berbeda. Bahan - bahan ini digabungkan untuk menghasilkan material baru yang memiliki sifat yang tidak dimiliki oleh bahan - bahan penyusunnya. Jadi, secara teknis komposit dapat didefinisikan sebagai material multifasa yang diperoleh dari kombinasi bahan - bahan yang berbeda namun tetap memiliki karakter dan sifat dari bahan - bahan penyusunnya, tanpa mengalami reaksi kimia. Komponen - komponen bahan ini tidak saling melarut ataupun bergabung sepenuhnya. Mereka memiliki suatu interfasa antara satu dengan lainnya yang berfungsi untuk menghasilkan suatu karakter yang sinergis dimana karakter ini tidak dapat diperoleh dari komponen bahan penyusunnya secara tunggal [27].
Salah satu contoh komposit yang tersedia secara alami adalah tulang. Tulang adalah suatu material yang kuat dan kaku, tetapi juga bersifat cukup fleksibel untuk menahan benturan. Sifat - sifat khas yang dimiliki oleh tulang ini merupakan sifat yang dikembangkan oleh material - material penyusun komposit ini. Tulang dibuat dari 2 jenis material dasar yaitu material yang bersifat organik dan anorganik. Material organik tersebut adalah protein, karbohidrat dan lemak yang memberikan sifat lentur pada tulang. Sedangkan material yang bersifat anorganik tersebut adalah kalsium fosfat yang memberikan sifat kekuatan dan kekakuan pada tulang [27].
2.1.1 Komposit Bermatriks Polimer (Polymer - Matrix Composites)
Komposit dengan matriks polimer merupakan 95% dari komposit yang telah digunakan saat ini. Jenis matriks yang digunakan dapat berupa termoplastik maupun termoset [27]. Contoh dari polimer termoplastik adalah polietilena (PE), polipropilena (PP), polistirena (PS), polivinil klorida (PVC), poliakrilonitril, terpolimer akrilonitril - butadien stiren (ABS), dan polimer metakrilat (PMMA) [5], sedangkan contoh dari polimer termoset adalah poliester, epoksi, fenolik dan vinil ester [30].
Termoset biasanya dalam bentuk fasa cair sebelum terjadi ikatan sambung silang, sehingga lebih mudah digunakan untuk menggabungkan pengisi dan bahan lainnya dalam jumlah yang diinginkan, membentuk produk dan kemudian dimatangkan menjadi padatan. Sedangkan pada termoplastik, bahan harus dipanaskan hingga meleleh terlebih dahulu sebelum memasukkan pengisi dan bahan lainnya [27]. Contoh dari komposit bermatriks polimer adalah epoksi dengan pengisi serat gelas tipe - E [28].
2.1.2 Komposit Bermatriks Logam (Metal - Matrix Composites)
Komposit bermatriks logam merupakan logam yang diberikan pengisi berbagai macam keramik, serat dan partikel karbon [28]. Sifat dasar dari komposit bermatriks logam adalah peningkatan pada kekuatan, kekakuan, ketahanan lelah dan kekerasan. Kelemahan dari komposit ini adalah menurunnya nilai pemanjangan saat putus dan tingginya suhu operasi apabila dibandingkan dengan komposit bermatriks polimer. Dari sifat - sifat yang dihasilkan ini, komposit bermatriks logam berpotensi untuk diaplikasikan pada aplikasi mesin, perpipaan, otomotif, seperti kompresor, piston dan sebagainya. Contoh dari komposit bermatriks logam adalah aluminium dengan pengisi boron [27, 28]
2.1.3 Komposit Bermatriks Karbon (Carbon - Matrix Composites)
kekuatan dan kekakuan yang tinggi, konduktivitas termal dan koefisien ekspansi termal yang baik, dan densitas yang rendah. Kelemahan dari jenis komposit ini adalah biayanya yang cenderung mahal, dan rentan terhadap oksidasi pada suhu 370 - 500 oC. Contoh dari komposit bermatriks karbon adalah karbon dengan pengisi karbon juga [29].
2.1.4 Komposit Bermatriks Keramik (Ceramic - Matrix Composites)
Komposit bermatriks keramik merupakan jenis komposit hasil improvisasi dari komposit bermatriks karbon dimana matriks karbon diganti dengan keramik yang memiliki sifat lebih kuat dan lebih tahan terhadap oksidasi. Jenis komposit ini dapat dipadukan dengan berbagai macam pengisi berupa serat maupun partikel. Kelebihan dari jenis komposit ini adalah memiliki densitas rendah, kekuatan dan keuletan yang tinggi. Berdasarkan sifat yang dihasilkan, maka jenis komposit ini banyak diaplikasikan pada alat angkut untuk beban - beban yang berat. Diantara jenis komposit lainnya, komposit bermatriks keramik merupakan jenis komposit yang paling kompleks dan jarang dikembangkan. Contoh dari komposit bermatriks keramik adalah keramik dengan pengisi serat silikon karbida [29].
2.1.5 Komposit Bermatriks Karet (Rubber - Matrix Composites)
Karet memiliki sifat elastis dan penambahan pengisi berupa serat maupun partikel seperti karbon hitam, nilon dan serat baja dapat meningkatkan kekakuan dari karet dan menurunkan keelastisan dari karet tersebut. Jenis komposit ini banyak diaplikasikan dalam bidang pembuatan ban dan produk karet lainnya. Contoh dari komposit bermatriks karet adalah karet stiren butadien (SBR) dengan pengisi serat poliester pendek [31].
2.1.6 Komposit Hibrid (Hybrid Composites)
dikembangkan dengan mengkombinasikan dua jenis serat berbeda dalam suatu matriks dimana kedua jenis pengisi dapat saling menutupi kekurangan satu sama lainnya, sehingga keseimbangan antara biaya dan sifat bahan dapat diperoleh dengan desain bahan yang baik [33]. Salah satu contoh adalah penambahan serat kevlar 49 yang lebih bersifat liat ke dalam komposit diperkuat serat karbon yang bersifat rapuh. Penambahan serat kevlar 49 tersebut telah dibuktikan dapat meningkatkan kekuatan impak komposit tersebut. Selain itu, komposit hibrid juga digunakan untuk tujuan mengurangi biaya. Misalnya suatu jumlah serat yang berkualitas lebih rendah dan murah dapat ditambahkan ke dalam komposit diperkuat serat karbon atau boron tanpa menyebabkan penurunan sifat mekanik yang signifikan [34].
Secara umum komposit hibrid ini dapat dibagi menjadi lima kelompok, yaitu [34, 35] :
1. Acak, yaitu dimana pengisi dicampurkan ke dalam matriks secara acak. 2. Interlapis (interply), yaitu terdiri dari dua atau lebih lapisan - lapisan yang
berbeda dengan hanya satu serat saja. Lapisan komposit ini merupakan lapisan komposit searah (unidirectional).
3. Intralapis (intraply), yaitu terdiri dari dua atau lebih serat yang dicampur dalam satu lapisan yang sama.
4. Interlapis - intralapis (interply - intraply), yaitu terdiri dari lapisan interlapis dan intralapis yang disusun dengan urutan spesifik. Tipe ini umumnya memiliki matriks yang sama.
5. Superhibrid, yaitu terdiri dari lapisan komposit disusun dengan urutan tertentu (spesifik).
6. Penguatan selektif (selective reinforcement), yaitu dimana penguatan dilakukan pada bagian yang membutuhkan kekuatan tambahan.
Faktor - faktor yang mempengaruhi sifat komposit hibrid, yaitu [34] : 1. Penyebaran dan Orientasi Serat
menyebabkan beberapa daerah hanya memiliki matriks sementara sisanya hanya serat. Sehingga akibatnya daerah yang memiliki serat saja akan lebih mudah mengalami retak halus (microcracking) dan yang kaya matriks akan menjadi lemah. Orientasi serat yaitu bagaimana serat terarah secara umum akan menentukan kekuatan mekanik sesuatu komposit dan tingkat kekuatan tersebut mencapai maksimum. Kontribusi serat - serat ini kepada sifat - sifat komposit adalah maksimum jika itu sejalan dengan arah pembebanan atau stres. Kekuatan komposit akan menurun ketika serat - serat di dalam arah horisontal atau tidak paralel. Ada 3 jenis orientasi serat umum yaitu penguat satu dimensi, penguat dua dimensi dan penguat tiga dimensi. Apabila orientasi serat semakin acak, sifat mekanik akan menurun pada semua tingkat.
2. Fasa Pengikatan
Seperti yang telah dijelaskan, komposit diperkuat serat dapat menahan tekanan lebih tinggi dari konstituen individu saja karena matriks berinteraksi dan menyebarkan kembali daya tekanan ini. Kemampuan kedua - dua konstituen ini untuk mentransfer stres sesama sendiri tergantung sepenuhnya kepada efektivitas pengikatan atau penggandengan diantara mereka. Ini dapat dicapai melalui sentuhan oleh kedua fase tersebut, tetapi sering serat yang telah diberikan perlakuan secara khusus harus digunakan untuk memastikan suatu permukaan yang dapat menerima sentuhan. Agen perlakuan kimia lazim disebut agen penggandeng (coupling agent). Ini adalah bahan kimia yang digunakan untuk bereaksi dengan fase penguat dan matriks untuk menghasilkan peningkatan pengikatan yang lebih kuat pada interfasa.
3. Rongga
Pembasahan serat yang tidak sempurna oleh resin, ini menyebabkan udara terperangkap dan kemungkinan yang lain itu sistem yang mana serat kering dirapatkan dengan konsentrasi resin yang tinggi.
Adanya bahan volatil selama operasi peleburan dalam polimer termoplastik.
4. Dampak lingkungan
Karena matriks merupakan bahan termoplastik dan termoset, maka desain komposit akhir harus mempertimbangkan dampak pengaruh lingkungan seperti kelembaban, suhu, bahan kimia, UV, ozon, dan sebagainya. Pemaparan termoplastik dan termoset yang diperkuat serat lignoselulosa ke lingkungan buruk seperti kelembaban yang tinggi dapat menyebabkan sifat - sifat mekanikalnya menyusut dengan tajam. Hal ini, terjadi karena air bisa memasuki komposit secara difusi melalui resin dan juga sepanjang antarmuka serat - matriks melalui efek kapiler. Air dapat menyebabkan ekspansi pada resin dan melemahkan ikatan antarmuka komposit.
2.2 KOMPONEN KOMPOSIT
2.2.1 Fasa Matriks
Fasa matriks adalah fasa kontinu yang terdapat dalam suatu komposit dimana fasa tersebar (pengisi) berada di dalamnya. Fasa matriks berfungsi sebagai pelekat untuk pengisi yang berada di dalamnya. Fasa matriks biasanya menggunakan bahan termoplastik seperti polipropilena, polistirena dan lainnya dan dapat juga dari bahan polimer lain seperti termoset, karet atau bahan elastomer termoplastik [5].
Penggunaan bahan polimer sebagai fasa matriks karena beberapa alasan, yaitu [5] :
1. Polimer lebih mudah diproses dan mempunyai massa jenis yang relatif rendah.
2. Polimer mempunyai sifat mekanik dan dielektrik yang baik.
Secara umum fungsi fasa matriks dalam komposit adalah [5] :
1. Mampu memindahkan gaya yang dikenakan kepada fasa tersebar (pengisi) dan juga mendistribusikan beban yang dikenakan sesama fasa tersebar yang berdekatan.
2. Menjaga fasa tersebar dari kerusakan seperti panas dan lembab.
3. Sebagai pengikat fasa tersebar dalam menghasilkan antar muka fasa matriks dan fasa tersebar yang kuat.
Kriteria yang harus dimiliki fasa matriks, yaitu [30] :
1. Keserasian dengan fasa tersebar karena akan menentukan interaksi antarmuka fasa matriks dengan fasa tersebar.
2. Sifat akhir komposit yang akan dihasilkan.
3. Keperluan penggunaan seperti ketahanan terhadap lingkungan, kelembaban. 4. Reka bentuk komponen yang akan dihasilkan.
5. Kemudahan pemrosesan. 6. Biaya pembuatan komposit.
Pada penelitian ini, matriks yang digunakan adalah polipropilena daur ulang (RPP) yang berasal dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG). Recycled Polypropylene (RPP) merupakan material yang diperoleh dari bekas produk yang terbuat dari bahan polipropilena. Polipropilena disintesa dari reaksi polimerisasi propilena yang merupakan monomer turunan dari produk petroleum yang dapat dilihat pada gambar dibawah ini [29] :
C C
CH3 H
H H n
C C
CH3 H
H H
n
Katalis Ziegler - Natta
Gambar 2.1 Reaksi Pembentukan Polipropilena
Polipropilena memiliki 3 jenis stereoisomer yaitu [5] :
C C C C C
C C C C C
H H H H H H H H H H
H H H H H
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
Gambar 2.2 Polipropilena Isotaktik
2. Polipropilena Ataktik (Atactic Polypropylene), dimana gugus metil (CH3) pada rantai cabang dalam polipropilena tersusun secara acak pada rantai karbon induk.
C C C C C
C C C C C
H H H H H H H H H H H H H H H CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
Gambar 2.3 Polipropilena Ataktik
3. Polipropilena Sindiotaktik (Syndiotactic Polypropylene), dimana gugus metil (CH3) pada rantai cabang secara bergantian tersusun pada kedua cabang rantai induk karbon.
C C C C C
C C C C C
H H H H H H H H H H H H H H H CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
Gambar 2.4 Polipropilena Sindiotaktik
sindiotaktik memiliki suhu leleh yang lebih rendah dari polipropilena isotaktik. Diantara ketiga jenis stereoisomer tersebut, polipropilena isotaktik merupakan jenis polimer yang paling komersial dengan suhu leleh 165 oC. Polimer komersial biasanya adalah 90 - 95 persen isotaktik. Jumlah persen isotaktik yang ada pada rantai akan mempengaruhi sifat dari polimer tersebut. Jika jumlah isotaktik bahan meningkat (biasanya dinyatakan dalam suatu indeks isotaktik), maka tingkat kristalinitasnya juga akan meningkat dimana hal ini menyebabkan meningkatnya kekuatan bahan. Polipropilena ataktik memiliki tingkat kristalinitas yang rendah (5 hingga 10 persen) karena strukturnya yang tidak teratur sehingga menghambat terjadinya kristalisasi. Kristalinitas yang rendah ini membuat jenis polimer ini bersifat fleksibel dan banyak digunakan sebagai laminat kertas dan perekat [29].
Polipropilena merupakan salah satu plastik yang paling ringan. Polipropilena memiliki banyak aplikasi di bidang otomotif seperti lampu, bumper, radiator, bidang industri seperti tangki dan plastik. Sifat non - polar polimer ini menyebabkan polipropilena memiliki daya serap air yang rendah. Polipropilena memiliki ketahanan terhadap senyawa kimia yang baik, akan tetapi cairan berupa pelarut yang terklorinasi, gasolin dan xilena dapat mempengaruhi material tersebut. Polipropilena juga memiliki konstanta dielektrik yang rendah dan merupakan insulator yang baik [29]. Secara terperinci karakteristik polipropilena dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.1 Karakteristik Polipropilena [22, 36]
Sifat Nilai
Densitas pada 20 oC (g/cm3) 0,90
Suhu melunak (oC) 149
Titik lebur (oC) 170
Indeks fluiditas 0,2 - 2,5
Modulus elastisitas (kg/cm2) 11000 - 13000
Tahanan volumetrik (ohm/cm2) 1017
Konstanta dielektrik 2,3
Kekuatan tarik (MPa) 27,4 ± 1,6
Modulus tarik (MPa) 991,6 ± 57,8
Pemanjangan saat putus (%) 4,36 ± 0,72
Berdasarkan data yang dihimpun oleh media elektronik Tribun Manado, diperoleh bahwa produksi sampah plastik Indonesia adalah 5,4 juta ton per tahun dan angka ini merupakan 14% dari total produksi sampah di Indonesia [3]. Angka ini cukup memprihatinkan sehingga diperlukan metode efektif untuk mendaur ulang material ini. Ada 3 metode yang dapat digunakan untuk mendaur ulang plastik, yaitu [4] :
1. Daur ulang termal, yaitu dimana plastik diinsenerasi untuk menghasilkan panas.
2. Daur ulang kimia, yaitu dimana monomer dan senyawa kimia organik yang terdapat pada polimer digunakan kembali.
3. Daur ulang plastik, yaitu dimana plastik dilelehkan dan kemudian dibentuk kembali.
[image:41.595.232.427.475.624.2]Diantara 3 metode tersebut, daur ulang termal memerlukan jumlah energi yang paling minimum. Akan tetapi, dari sudut pandangan lingkungan, metode ini tidak akan diprioritaskan karena dapat berdampak buruk pada lingkungan. Daur ulang kimia memerlukan jumlah energi yang besar dan proses yang rumit dan tidak dapat cocok dengan semua spesies makromolekular. Sehingga yang paling ideal adalah dengan mendaur ulang kembali plastik tersebut secara berulang - ulang sebelum dijalankan ke proses daur ulang termal [4].
Gambar 2.5 Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG)
Tabel 2.2 Karakteristik Polipropilena Daur Ulang [6, 37]
Sifat Nilai
Titik lebur (oC) Suhu kristalisasi (oC) Kekuatan tarik (MPa)
163,7 121,79 16 - 26
Modulus tarik (MPa) 700 - 800
Pemanjangan saat putus (%) 12,5
Kristalinitas (%) 32,2481
2.2.2 Fasa Tersebar
Fasa tersebar (pengisi) merupakan bahan dalam bentuk partikel, serat atau kepingan yang ditambahkan untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik bahan komposit seperti kekuatan, kekakuan dan keliatan [5]. Fasa ini bertindak sebagai medium alas beban atau komponen dimana tegasan diberikan. Bentuk yang paling kuat pada semua kelas bahan penguat adalah serat. Oleh karena itu, banyak bahan penguat terutama serat yang telah digunakan secara komersil untuk beberapa jenis matriks tertentu [30].
Ada beberapa bentuk serat seperti serat pendek, serat panjang, serat selanjar, tikar anyaman, dan lain - lain. Serat adalah bahan penguat yang dicirikan dengan perbandingan aspek (aspect ratio) yaitu perbandingan panjang terhadap diameter serat. Perbandingan aspek ini memainkan peranan penting terhadap sifat - sifat kekakuan dan keliatan (toughness) bahan komposit. Partikel tidak mempunyai geometri yang seragam, sehingga perbandingan aspeknya lebih susah ditentukan. Perbandingan aspek partikel lebih kecil dibandingkan serat sehingga kesan partikel terhadap sifat - sifat mekanik komposit polimer yang dihasilkan tidak begitu nampak [30].
Ada terdapat dua jenis serat, yaitu serat sintetis dan serat alami [30] : 1. Serat Sintetis
sintetis yang lain, yaitu serat logam, serat polimer dan sebagainya yang digunakan pada industri pembuatan komposit.
2. Serat Alami
Serat alami merupakan suatu serat lignoselulosa yang berasal dari tumbuh - tumbuhan yang memiliki komponen kimia yang terdiri dari karbohidrat, lignin dan bahan ekstrak. Sedangkan karbohidrat terdiri dari selulosa dan hemiselulosa. Serat alami digunakan sebagai bahan penguat pada teknologi polimer karena beberapa alasan berikut :
Serat alami dapat terikat sendiri antara satu sama lain karena adanya ikatan hidrogen antara molekul selulosa.
Memiliki sifat lentur yang tinggi.
Memiliki luas permukaan yang besar sehingga sentuhan ikatan antara muka dengan serat dan matriks semakin besar.
Penggunaan serat alami pada pembuatan komposit juga dipengaruhi harga, kriteria ekonomi yaitu faktor kesediaan bahan mentah dalam jumlah yang banyak dan juga biaya yang lebih murah dibandingkan dengan serat sintetis.
Adapun beberapa kriteria pemilihan serat sebagai pengisi bahan komposit, yaitu [30] :
Biaya
Sifat - sifat mekanik
Densitas
Keserasian
Kestabilan UV
Kemampuan proses
Koefisien termal ekspansi
2.2.2.1Serat Kaca
Serat kaca merupakan komoditas komposit yang paling banyak digunakan dan berkembang dengan sangat pesat dalam penggunaannya [29]. Kaca merupakan jenis pengisi yang baik untuk plastik. Kaca merupakan salah satu material paling kuat (kekuatan tarik 3,5 GPa pada ukuran diameter 9 - 15 μm). Selain itu, serat kaca juga memiliki sifat tidak mudah terbakar dan tahan terhadap senyawa kimia [38]. Kaca merupakan turunan dari sumber alam yaitu pasir [39] dan tersedia dalam berbagai macam bentuk, yaitu [27]:
[image:44.595.258.397.337.453.2]1. Bentuk benang kontinu dengan susunan keliling (continuous strands and rovings). Susunan keliling ini diperoleh dari benang kontinu yang digunakan pada produk berupa filamen seperti botol bertekanan, tanki, dan sebagainya. Resin poliester dapat dipadukan dengan bentuk serat kaca ini.
Gambar 2.6 Continuous Strands and Rovings
2. Bentuk benang yang dipotong (chopped strands). Benang kaca ini dipotong menjadi bendek pada ukuran 3 - 10 mm. Resin poliester dapat dipadukan dengan bentuk serat kaca ini dan juga banyak digunakan sebagai pengisi pada termoplastik.
[image:44.595.255.398.584.712.2]3. Bentuk benang (yarn). Bentuk ini merupakan analogi dari serat tekstil dan digunakan untuk menenun kain kaca ataupun digunakan sebagai kawat pengikat pada ban kendaraan.
Gambar 2.8 Yarn
4. Bentuk tikar (Mat). Bentuk serat kaca ini dibuat dengan menyatukan benang - benang serat kaca (panjangnya 20 - 50 mm) dengan bantuan resin sehingga
satuan benang - benang ini akan menyerupai bentuk tikar.
Gambar 2.9 Mat
Selain terdiri dari berbagai macam bentuk, serat kaca yang digunakan secara komersial juga terdiri dari berbagai tipe sesuai dengan sifat serat kaca tersebut yang diklasifikan dalam abjad, yaitu [27, 40] :
1. Serat Kaca Tipe - E
[image:45.595.255.398.380.490.2]2. Serat Kaca Tipe - S
Abjad „S‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata strength, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki kekuatan yang tinggi.
3. Serat Kaca Tipe - C
Abjad „C‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata chemical, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki ketahanan terhadap senyawa kimia yang tinggi.
4. Serat Kaca Tipe - M
Abjad „M‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata modulus, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki modulus yang tinggi (kekakuan yang tinggi) sehingga banyak digunakan pada aplikasi struktural yang memerlukan tingkat kekakuan yang tinggi. 5. Serat Kaca Tipe - A
Abjad „A‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata alkali, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki komposisi senyawa alkali yang tinggi sehingga mudah dirusak oleh adanya uap air. Tipe serat kaca ini hanya digunakan untuk hal - hal yang umum (tidak ada kontak dengan uap air), selain itu harganya juga murah.
6. Serat Kaca Tipe - D
Abjad „D‟ yang terdapat pada tipe serat kaca ini merupakan singkatan dari kata dielectric, yang menandakan bahwa sifat khasnya adalah memiliki konstanta dielektrik yang rendah sehingga cocok untuk diaplikasikan pada bidang elektronik.
Tabel 2.3 Komposisi Serat Kaca Tipe - E [40]
Komposisi % berat
Silikon dioksida (SiO2) 59,0 - 60,1
Aluminium oksida (Al2O3) 12,1 - 13,2
Kalsium oksida (CaO) 22,1 - 22,6
Magnesium oksida (MgO) 3,1 - 3,4
Titanium oksida (TiO2) 0,5 - 1,5
Sodium oksida (Na2O) 0,6 - 0,9
Kalium oksida (K2O) 0,2
Besi oksida (Fe2O3) 0,2
Florin (F2) 0,1
Sifat fisis dan mekanik dari serat kaca tipe - E dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.4 Sifat Fisis dan Mekanik Serat Kaca Tipe - E [39]
Sifat Nilai
Densitas (g/cm3) 2,59
Konstanta dielektrik pada 23 oC, 1 MHz 6,3 - 6,7
Kekuatan tarik (MPa) 34,45
Modulus elastisitas (GPa) 72,35
%Pemanjangan (%) 4,8
Tabel 2.5 Perbandingan Antara Serat Alami dan Serat Kaca [41]
Sifat Serat Alami Serat Kaca
Massa Jenis Rendah 2x Serat Alami
Biaya Rendah Rendah (lebih tinggi dari SA)
Terbarukan Ya Tidak
Kemampuan Daur Ulang Ya Tidak
Konsumsi Energi Rendah Tinggi
Distribusi Luas Luas
Menetralkan CO2 Ya Tidak
Menyebabkan Abrasi Tidak Ya
Resiko Kesehatan Tidak Ya
Limbah Biodegradable Tidak Biodegradable
2.2.2.2Serat Ampas Tebu
Ampas tebu (bagasse) merupakan adalah bahan sisa berserat dari batang tebu yang telah mengalami ekstraksi niranya dan tidak tahan disimpan karena mudah terserang jamur [42]. Ampas tebu tersedia dalam jumlah banyak pada industri gula dan dalam satu kali proses ekstraksi dihasilkan ampas tebu sekitar 35 - 40% dari berat tebu yang digiling secara keseluruhan. Dari sekian banyak ampas tebu yang dihasilkan, hanya sekitar 50% yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar dalam proses produksi gula [43]. Selain sebagai bahan bakar dalam proses produksi gula, ampas tebu juga dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk serat dan partikel untuk papan, plastik, pakan ternak, kertas dan media untuk budidaya jamur atau dikomposisikan untuk pembuatan pupuk, serta adsorben ion logam berat seperti seng, kadmium, tembaga dan timbal [42, 43]. Sebanyak 54 juta ton tebu diproduksi setiap tahun di seluruh dunia dan industri gula rata - rata menghasilkan 270 kg ampas tebu per ton tebu [13].
Gambar 2.10 Ampas Tebu
Tabel 2.6 Komposisi Serat Ampas Tebu [26]
Komponen Kadar (%)
Selulosa 55,3
Hemiselulosa 18,8
Lignin 21,0
Senyawa ekstraktif 2,9
Abu 1,9
Selain itu, ampas tebu juga memiliki densitas yang rendah sehingga dapat memperingan komposit yang dihasilkan serta beberapa sifat mekanik yang mendukung. Sifat fisis dan mekanik serat ampas tebu dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 2.7 Sifat Fisis dan Mekanik Serat Ampas Tebu [42]
Sifat Nilai
Densitas (g/cm3) 0,36
Kekuatan tarik (MPa) 140
%Perpanjangan (%) 25
Kekerasan (MPa) 3200
Dengan jumlah produksi yang besar setiap tahunnya, komposisi selulosa tinggi yang dapat membuat suatu bahan menjadi kuat dan kaku, serta sifat fisis dan mekanik yang mendukung pada ampas tebu ini, maka ampas tebu sangat berpotensi untuk dijadikan salah satu pengisi pada komposit hibrid polipropilena daur ulang dari PBKG.
2.2.3 Fasa Antarmuka
Umumnya pada semua bahan komposit akan terdapat dua fasa berlainan yang dipisahkan oleh daerah antarmuka. Daya sentuhan dan daya kohesif pada daerah ini amat penting karena daerah ini merupakan bagian yang memindahkan gaya dari fasa matriks ke fasa tersebar. Efek pemindahan gaya ini bergantung kepada daya ikat yang ada pada antarmuka [5].
lapisan bersamaan. Ketika terdapat suatu antarfasa maka akan terdapat dua antarmuka, yaitu pada permukaan antarfasa dan konstituen di tengahnya [44].
MATRIX
FIBER
INTERFACE INTERPHASEAntarfasa
Antarmuka Matriks
Serat
Gambar 2.11 Komponen Penyusun Komposit
Fasa antarmuka merupakan kawasan yang paling tinggi menerima tegangan selama dikenakan beban dari luar. Peranannya adalah memindahkan tegangan dari serat ke serat melalui matriks dan menjadi pelindung pada permukaan serat dari lingkungan. Pada ikatan antarmuka yang kuat, pemindahan beban atau tegangan akan berlaku efektif, sebaliknya pada ikatan antarmuka yang lemah, serat akan terurai dari matriks apabila tegangan yang diterima lebih besar daripada ikatan antarmuka [30].
Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan, terdapat beberapa fakta mengenai fasa antarmuka yaitu sebagai berikut [30] :
1. Fasa antarmuka menentukan
