PENGARUH JENIS BAMBU DAN POLIMER TERHADAP ADHESIVITAS ANTARMUKA
POLIMER/BAMBU
Prima Putra Jaya, Lizda Johar Mawarani, ST. MT
JURUSAN TEKNIK FISIKA-FTI
ITS-SURABAYA
Abstrak
Dalam pembuatan komposit polimer/bambu, adhesivitas atau interaksi antarmuka sangat menentukan
sifat komposit yang dihasilkan. Oleh karena itu interaksi antarmuka ini perlu dipelajari. Dalam tugas akhir ini
telah dipelajari interaksi antarmuka antara poliester dan epoksi dengan bambu apus dan bambu jawa dengan
kadar air yang bervariasi, yakni 0%, 0,02%, 0,04%. Interaksi antarmuka yang diteliti diwakili oleh wetability
dan tegangan lekatnya. Dari hasil pengujian yang dilakukan menunjukkan bahwa jenis bambu sangat
berpengaruh terhadap adhesivitas antarmukanya. Bambu apus memiliki adhesivitas antarmuka yang lebih kuat
dengan polimer apabila dibandingkan dengan bambu jawa. Poliester berinteraksi paling baik dengan bambu
apus yang berkadar air 0,02%. Sedangkan epoksi berinteraksi paling baik dengan bambu apus yang berkadar
air 0,04%. Adhesivitas antarmuka paling baik ditunjukkan oleh antarmuka epoksi dengan bambu apus yang
berkadar air 0,04%, yaitu memiliki derajat kebasahan 12˚ dan tegangan lekat 1,121 MPa.
Kata kunci : polimer, bambu, wetability, tegangan lekat
I. PENDAHULUAN
Seiring dengan kemajuan teknologi, semakin
banyak bahan komposit yang dapat dijumpai dalam
kehidupan
sehari-hari.
Pengembangan
bahan
komposit
terus
dilakukan
untuk
menjawab
kebutuhan akan bahan-bahan dengan sifat-sifat
yang diinginkan. Dalam pengembangan tersebut,
interaksi antarmuka antara matriks dengan penguat
atau serat merupakan hal yang penting, karena
menentukan sifat dari bahan komposit yang
dihasilkan.
Bambu merupakan tumbuhan yang banyak
tumbuh di Indonesia, mudah didapat dan murah
harganya. Jenis bambu di Indonesia sendiri juga
bermacam-macam. Selain itu bambu sendiri
merupakan bahan komposit yang sangat kuat bila
dipakai untuk serat.
Seperti halnya bambu,polimer juga memiliki
karakteristik
yang
sangat
mungkin
untuk
dikembangkan menjadi matriks untuk bahan
komposit. Sifat polimer yang mudah dibentuk dan
mudah
didapat
memudahkan
kita
untuk
mengembangkan bahan tersebut. Sebagaimana hal
yang telah disampaikan di atas, maka perlu
diadakannya penelitian tentang bahan komposit
dengan bambu sebagai serat dan polimer sebagai
matriksnya. Hal yang perlu diteliti yaitu bagaimana
interaksi antarmuka antara keduanya, dengan kata
lain yaitu adhesivitas antarmuka keduanya. Tujuan
penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh
jenis bambu dan polimer terhadap adhesivitas
antarmuka bambu-polimer.
Agar penelitian inimemiliki ruang bahasan yang jelas, pembahasan dibatasi pada beberapa hal berikut:
Adhesivitas diwakili oleh derajat kebasahan
serta tegangan lekat.
Bambu yang digunakan adalah bambu apus/tali
dan bambu jawa/wulung.
Polimer
yang
digunakan
yaitu
polimer
polyester dan epoxy.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Polimer
Polimer adalah salah satu bahan rekayasa
bukan logam (non-metallic material) yang penting.
Saat ini bahan polimer telah banyak digunakan
sebagai bahan substitusi untuk logam terutama
karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan
kimia, dan murah, khususnya untuk
aplikasi-aplikasi pada temperature rendah. Hal lain yang
banyak menjadi pertimbangan adalah daya hantar
listrik dan panas yang rendah, kemampuan untuk
meredam
kebisingan,
warna
dan
tingkat
transparansi yang bervariasi, kesesuaian desain dan
manufaktur.
Istilah
polimer
digunakan
untuk
menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantai
yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit
terkecil yang berulangulang atau mer atau meros
sebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul
(tunggal) penyusun polimer dikenal dengan istilah
monomer.
Resin merupakan bahan pembuat polimer
yang belum dapat diolah menjadi bahan akhir.
Untuk menjadikan resin sebagai polimer maka
diperlukan komponen yang bernama katalis atau
hardener. Untuk tiap resin yang berbeda, maka
katalisnya juga berbeda-beda pula.
Resin epoksi adalah plastik termoseting yang
secara kimia mempunyai daya tahan. Epoksi ini
tahan lama, lemas dan liat, dapat dibuat lapisan
pelindung yang baik. Bahan ini terutama dipakai
untuk cat dasar, pelapis dan pernis, serta sebagai
bahan pinggiran kaleng, drum, pipa tangki, dan
mobil-mobil tangki. Sebagai bahan perekat epoksi
ini sangat menonjol.
Resin poliester sering digunakan dalam
pemakaian dalam industri perkapalan. Resin
poliester bertipe unsaturated resin. Resin poliester
unsaturated merupakan thermoset, bisa dalam
bentuk cair atau fase padat ketika resin ini dalam
kondisi yang baik. Poliester unsaturated berbeda
bentuk
dengan
poliester
saturated
sepert
TeryleneTM yang tidak bisa dalam kondisi seperti
unsaturated. Bisaanya resin poliester unsaturated
disebut sebagai ‘resin poliester’.
2.2 Bambu
Bambu adalah jenis tumbuhan
rumput-rumputan berkayu yang memiliki batang berongga
dan beruas-ruas. Diperkirakan terdapat seribu
spesies bambu saat ini. Bambu adalah tanaman
berkayu yang paling cepat tumbuh di dunia. Pada
jenis bambu tertentu dan kondisi lingkungan
tertentu, pertumbuhan bambu dapat mencapai satu
meter per jam.
Tabel 1 Sifat mekanik bambu
Uji Mekanik
Gaya Mekanik
Modulus Young
18 GPa
Tensile Strength
150 MPa
Compressive
Strength
39 MPa
Bending Strength
76 MPa
Density
300-400 kg/m
3Sumber : Nicky Subianto, 2009
2.3
Pembasahan (Wetting)
Pembasahan (wetting) adalah kemampuan
suatu cairan untuk berkontak dengan suatu
permukaan padatan.
Derajat pembasahan tergantung dari besarnya
contact angle yang terbentuk antara interfase cairan
dan uap dengan interfase padat dan cair.
Tabe 2. Derajat kebasahan
Sumber : Anonim, 2009
2.4
Tegangan Lekat
Istilah tegangan lekat biasa kita jumpai pada
bidang studi teknik sipil, dimana istilah tegangan
lekat digunakan untuk menggambarkan gaya yang
harus diberikan kepada serat untuk dapat lepas dari
matriknya. Dalam bidang sipil, serat tersebut
biasanya berupa baja tulangan dan matriksnya
berupa beton. Pada penelitian ini kita umpamakan
serat bambu sebagai baja tulangan dan polimer
sebagai matriksnya.
Dasar utama teori panjang penyaluran adalah
dengan memperhitungkan suatu baja tulangan yang
ditanam di dalam masa beton. Sebuah gaya F
diberikan pada baja tulangan tersebut. Gaya ini
selanjutnya akan ditahan antara baja tulangan
dengan beton di sekelilingnya. Tegangan lekat
bekerja sepanjang baja tulangan yang tertanam di
dalam massa beton, sehingga total gaya yang harus
dilawan sebelum batang baja tercabut keluar dari
masa beton adalah sebanding dengan luas selimut
baja tulangan yang tertanam dikalikan dengan kuat
lekat antara beton dengan baja tulangan.
F = L
d. π . d .
σ
sDengan mendistribusikan nilai :
F = σ
b. A
maka didapat persamaan :
A . σ
b= Ld . π . d . σ
sdimana:
F
= beban (N)
A
= luas baja tulangan (1 cm
2)
σ
s= tegangan lekat permukaan (Mpa)
d
= diameter baja tulangan (mm)
Ld
= panjang penyaluran (mm)
σ
b= kuat lekat/tegangan lekat (Mpa)
Contact Angle (˚) Degree of Wetting Strength of S/L Interaction L/L Interaction θ = 0 perfect
wetting strong weak 0 < θ < 90 high wettability strong strong weak weak 90 < θ < 180 low
wettability weak strong
θ = 180
perfectly non
III. METODOLOGI
Dalam penelitian ini memiliki diagram alir
seperti berikut:
Peralatan yang digunakan adalah gelas ukur,
wadah, pisau, penggaris, spidol, cetakan, pengaduk,
timbangan digital, busur. Bahan yang dibutuhkan
yaitu bambu apus, jawa, poliester, epoksi, dan air.
3.1 Sintesa Resin
Untuk sintesa bahan dilakukan yaitu dengan
mencampur resin dan katalis hingga didapatkan
kondisi yang terbaik. Untuk poliester digunakan
2%, 5%, 10%, 20%, dan 30% katalis. Sedangkan
untuk epoksi digunakan perbandingan antara resin
dan katalis 1:1 dan 2:1.
3.2 Pembuatan Spesimen
Gambar 1 Spesimen
dimana:
A = luas permukaan yang dilekatkan, 1 cm
2d = diameter bambu, 2 cm.
l
= panjang bambu, 7 cm.
t
= tinggi polimer, 15 cm.
3.3 Pengujian
A.
Kemampubasahan
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui
derajat kebasahan yaitu dengan cara mengukur
seberapa besar sudut yang dibuat antara tetesan
polimer dengan media bambu. Pada pengujian ini
kita dapat mengetahui seberapa besar pembasahan
yang terjadi.
Gambar 2 Pengujian kemampubasahan
B. Uji tegangan lekat
Pengujian daya lekat dilakukan untuk
mengetahui tegangan lekat antar muka antara
bambu dan polimer. Pengujian ini menggunakan
alat yang bernama universal testing machine
(UTM). Dari alat tersebut nantinya dapat diketahui
berapa daya lekat antara bambu dan polimer.
Gambar pengujian spesimen dapat dilihat pada
gambar di bawah ini.
Gambar 3 Uji tegangan lekat
Fs di atas adalah gaya yang diberikan oleh
UTM kepada spesimen. Satuan pengukuran disini
adalah gaya yang diberikan per satuan luas lekatan.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
.
4.1 Sintesa Resin
Untuk poliester digunakan perbandingan
persen volume dan didapatkan hasil seperti berikut:
Tabel 3. Sintesa resin
Resin
(%)
Katalis
(%)
Hasil
98
2
Sangat baik
95
5
Terdapat retakan
90
10
Banyak terdapat
retakan
80
20
Sangat buruk
70
30
Sangat buruk
Sedangkan
untuk
epoksi
digunakan
perbandingan volume resin dan katalis 2:1
4.2
Kemampubasahan
Untuk
menguji
kemampubasahan
dari
polimer poliester dan epoksi, di sini terdapat
masing-masing 5 tetes untuk 1 jenis spesimen. Dari
hasil tersebut kemudian dirata-rata.
Tabel 4. Uji wetability
Apabila dijadikan dalam bentuk grafik
hubungan
antara
kadar
air
dan
derajat
kemampubasahan, akan didapat grafik seperti pada
gambar 4 dan 5.
50 48 32 52 48 36 0 10 20 30 40 50 60 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05Kadar Air Bambu (%)
D e ra ja t K e b a s a h a n ( D e ra ja t) Apus Jawa
Gambar 4. Pengaruh kadar air bambu terhadap
derajat kemampubasahan dengan
polimer poliester.
Secara keseluruhan derajat paling besar
terdapat pada kadar air 0%. Tetapi hal tersebut tidak
menjadikan poliester cocok apabila permukaannya
basah karena pada hasil uji tegangan lekat, hasil
terbaik didapat pada bambu dengan kadar air
0,02%. Hal yang menyebabkan mengapa bambu
dengan kadar air 0,04% memiliki derajat paling
kecil karena poliester tersebut menyatu dengan air
dan terjadi penyebaran.
20 18 12 22 20 14 0 5 10 15 20 25 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Kadar Air Bambu (%)
D e ra ja t K e b a s a h a n ( D e ra ja t) Apus Jawa
Gambar 5.
Pengaruh kadar air bambu terhadap
derajat kemampubasahan dengan
polimer epoksi.
Secara keseluruhan derajat paling kecil
terdapat pada kadar air 0,04%. Hal ini menunjukkan
bahwa epoksi sangat cocok apabila dipadukan
dengan air.
4.3.
Tegangan Lekat
Uji tarik ini digunakan untuk mencari daya
lekat antara polimer dan bambu. Alat yang
digunakan untuk uji tarik yaitu universal testing
machine (UTM) dengan kekuatan maksimal yang
dapat diukur yaitu 500 kgf. Hasil pengujian yang
diperoleh seperti yang terdapat pada tabel 5.
Tabel 5. Hasil uji tegangan lekat (Mpa)
Apabila ditampilkan dalam gambar hubungan
antara kadar air bambu dengan tegangan lekatnya,
maka diperoleh gambar 6 dan7. Dimana gambar 6
menggunakan polimer poliester sedangkan gambar
7 menggunakan polimer epoksi.
0.384 0.551 0 0.217 0.267 0.038 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Kadar Air Bambu (%)
T e g a n g a n L e k a t (M P a ) Apus Jawa
Gambar 6. Pengaruh kadar air bambu terhadap
tegangan lekat dengan polimer
poliester.
Dari gambar 6 dapat dilihat bahwa daya lekat
bambu apus dengan poliester dengan kadar air
0,02% memiliki daya lekat yang paling kuat, yaitu
0,551 MPa. Dan hasil yang paling buruk adalah
daya lekat antara bambu apus dan poliester dengan
kadar air 0,04%. Untuk keseluruhan hasil, dapat
dilihat bahwa daya lekat antara bambu dan
poliester, hasil paling bagus yaitu pada kadar air
0,02%.
Bambu Apus Jawa
Polimer 0% 0,02% 0,04% 0% 0,02% 0,04%
Poliester 50o 48o 32o 52o 48o 36o
Epoksi 20o 18o 12o 22o 20o 14o
Bambu Apus Jawa
Polimer 0% 0,02% 0,04% 0% 0,02% 0,04%
Poliester 0,384 0,551 0 0,218 0,267 0,038
0.671 0.843 1.121 0.388 0.546 0.671 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Kadar Air Bambu (%)
T e g a n g a n L e k a t (M P a ) Apus Jawa
