PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH DAUN SUKUN DENGAN MATRIK POLYETHYLENE.

(1)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH DAUN SUKUN DENGAN MATRIK POLYETHYLENE

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian syarat untuk memperoleh

gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika Bidang Keahlian Fisika Material

Oleh

SITI ROHMAH NIM. 1101921

PROGRAM STUDI FISIKA DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

(2)

HALAMAN PENGESAHAN

SITI ROHMAH

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH DAUN SUKUN DENGAN MATRIK POLYETHYLENE

disetujui dan disahkan oleh pembimbing:

Pembimbing I

Dr. Rahmat Satoto, M. Eng NIP. 196203071987091002

Pembimbing II

Dr. Andi Suhandi, M.Si. NIP.196908171994031003

Mengetahui

Ketua Departemen Pendidikan Fisika

(3)

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH DAUN SUKUN DENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Oleh

Siti Rohmah

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar

Sarjana Sains pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

©_{Siti Rohmah 2015} Universitas Pendidikan Indonesia

Juli 2015

Hak Cipta dilindungi undang-undang

Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhnya atau sebagian

(4)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH DAUN SUKUN DENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Siti Rohmah

1101921

Pembimbing I : Dr. Rahmat Satoto, M.Eng. Pembimbing II : Dr. Andi Suhandi, M.Si.

ABSTRAK

Kota Bandung Jawa Barat memiliki banyak taman kota yang menyebabkan wilayah ini memiliki cukup banyak limbah daun yang dihasilkan setiap harinya. Sukun sebagai salah satu jenis pohon dengan populasi yang berlimpah, daunnya dapat dimanfaatkan sebagai material alami untuk filler dalam matrik berupa polyethylene, untuk diperoleh material baru berupa komposit PE/daun sukun. Telah dilakukan pembuatan dan karakterisasi komposit yang tersusun dari matriks polyethylene atau PE dengan filler berupa limbah daun sukun atau Artocarpus altilis. Pembuatan dilakukan di labolatorium Pusat Penelitian Fisika LIPI Bandung dengan metode eksperimen dengan meninjau pengaruh penambahan komposisi daun sukun dan pengaruh ukuran daun sukun terhadap sifat mekanik komposit PE/daun sukun. Komposit dibuat dari serbuk limbah daun sukun berukuran 100 mesh dan 140 mesh yang dicampurkan dengan matrik polyethylene dengan variasi %massa limbah daun 0%, 10%, 15%, 20% dan 25%. Bahan-bahan komposit dicampurkan menggunakan internal mixer dengan total waktu pencampuran 6 menit dan suhu pencampuran 140oC. Pengujian menunjukan kadar daun sukun ukuran 100 mesh dan 140 mesh menurunkan nilai kuat tarik, kuat lengkung dan kekerasan Rockwell, tetapi meningkatkan nilai modulus elastisitas lengkung dan modulus elastisitas tarik komposit PE/daun sukun. Selain itu, komposit PE/daun sukun dengan ukuran daun sukun 140 mesh menunjukkan semua sifat mekanik dalam pengujian ini lebih tinggi dari pada komposit PE/daun sukun dengan ukuran daun sukun 100 mesh.

(5)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

PREPARATION AND MECHANICAL CHARACTERIZATION OF COMPOSITES WASTE BREADFRUIT LEAVES WITH

POLYETHYLENE MATRIX Siti Rohmah

1101921

Pembimbing I : Dr. Rahmat Satoto, M.Eng. Pembimbing II : Dr. Andi Suhandi, M.Si.

ABSTRACT

Bandung located in West Java has city parks area, therefore a lot of waste leaves generate every day. Breadfruit as one species with abundant populations, the leaves of waste breadfruit can be used as a natural material for filler in the polymer form polyethylene matrix, to obtain a new material such as composite PE/breadfruit leaves. In this work, preparation and characterization of the composites have been done in Laboratory of Research Center Physics - LIPI Bandung with experimental method by reviewing the effect of % weight content breadfruit leaf and breadfruit leaf grain size on mechanical characterization composite PE/bread fruit leaves. The composites were prepared shredded waste breadfruit leaf grain size of 100 mesh and 140 mesh mix with polyethylene matrix with variation of percent weight 0%, 10%, 15%, 20% and 25%. Processing in the internal mixer was conducted with total mixing time of 6 minutes and mixing temperature of 140oC. It was observed that composite PE/breadfruit leaf 100 mesh and 140 mesh with higher % weight content was decreased the value of tensile strength, bending strength and the Rockwell hardness scale, but it increased the value of tensile modulus of elasticity and bending modulus of elasticity. It was also observed that the composite PE/breadfruit leaf of 140 mesh showed greater value on all mechanical properties testing that has done in this research than composite PE/breadfruit leaf of 100 mesh.

Kata Kunci: Polyethylene, Composites, Artocarpus altilis, Breadfruit Leaf Waste,

(6)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu DAFTAR ISI

LEMBAR PERNYATAAN ... i

KATA PENGANTAR...ii

UCAPAN TERIMAKASIH ...ii

ABSTRAK ...iv

ABSTRACT ... v

DAFTAR ISI ...vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR LAMPIRAN ...xi

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1

B. Rumusan Masalah... 4

C. Batasan Masalah ... 4

D. Tujuan Penelitian... 4

E. Manfaat Penelitian ... 5

F. Struktur Organisasi Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Komposit ... 6

B. Plastik ... 9

C. Polyethylene ... 11

D. Pengujian Tarik ... 13

E. Pengujian Lengkung ... 16

(7)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu BAB III METODE PENELITIAN

A. Metode Penelitian ... 21

B. Tempat dan Waktu Penelitian... 21

C. Alat dan Bahan ... 21

D. Prosedur Penelitian... 22

E. Pengujian Tarik ... 27

F. Pengujian Lengkung ... 28

G. Pengujian Kekerasan Rockwell ... 28

H. Diagram Alir Penelitian... 31

I. Teknik Analisa Data ... 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Tarik Komposit PE/Daun Sukun ... 33

B. Pengujian Lengkung Komposit PE/Daun Sukun ... 36

C. Pengujian Kekerasan Rockwell Komposit PE/Daun Sukun ... 37

BAB V SIMPULAN DAN SARAN A Simpulan... 39

B Saran ... 39

DAFTAR PUSTAKA ... 40

(8)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema material komposit ... 7

Gambar 2.2 Klasifikasi komposit berdasar penguatnya... 8

Gambar 2.3 Struktur polimer ... 10

Gambar 2.4 Konfigurasi rantai polyethylene ... 12

Gambar 2.5 Kurva tegangan regangan uji tarik ... 14

Gambar 2.6 Dimensi spesimen uji tarik ... 15

Gambar 2.7 Skema penekan dan penumpu uji lengkung ... 17

Gambar 2.8 Tipe grafik regangan lengkung vs tegangan lengkung... 17

Gambar 2.9 Siklus uji kekerasan Rockwell ... 19

Gambar 3.1 Pengeringan daun sukun oleh sinar Matahari... 22

Gambar 3.2 Daun sukun kering yang terlah dipisahkan dari batangnya ... 23

Gambar 3.3 Bubuk daun sukun ... 23

Gambar 3.4 Pengayakan bubuk daun sukun ... 23

Gambar 3.5 Pencampuran PE dengan serbuk daun sukun ... 25

Gambar 3.6 Komposit yang dihasilkan ... 25

Gambar 3.7 Pembuatan spesimen uji tarik... 26

Gambar 3.8 Pembuatan spesimen uji lengkung ... 26

Gambar 3.9 Pembuatan spesimen uji kekerasan Rockwell... 27

Gambar 3.10 Mesin uji Tarik ... 27

Gambar 3.11 Mesin uji Lengkung... 28

(9)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Gambar 3.13 Skala pembacaan uji kekerasan Rockwell... 29

Gambar 3.13 Diagram alir penelitian ... 31

Gambar 4.1 Grafik pengaruh kadar daun sukun terhadap %elongasi komposit PE/daun sukun... 33

Gambar 4.2 Grafik pengaruh kadar daun sukun terhadap modulus lastisitas tarik komposit PE/daun sukun... 34

Gambar 4.3 Grafik pengaruh kadar daun sukun terhadap kuat tarik komposit

PE/daun sukun... 35

Gambar 4.4 Grafik pengaruh kadar daun sukun terhadap modulus elastis itas

lengkung komposit PE/daun sukun... 36

Gambar 4.5 Grafik pengaruh kadar daun sukun terhadap kuat lengkung komposit PE/daun sukun... 37

Gambar 4.6 Grafik pengaruh kadar daun sukun terhadap kekerasan Rockwell

(10)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan LLDPE dan LDPE... 13

Tabel 2.2 Skala kekerasan Rockwell... 20

(11)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Alat uji ... 43

Lampiran 2. Data uji tarik ... 44

Lampiran 3. Data uji bending... 53

(12)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Penelitan

Plastik memiliki kelebihan kepraktisan dan bobot ringan yang membuatnya

banyak dipakai. Orang-orang di seluruh dunia umumnya menggunakan plastik

untuk keperluan sekali pakai, misalnya untuk pembungkus makanan, minuman,

dan keperluan lainnya. Ketika plastik tidak dikelola dengan benar, pembuangan

plastik-plastik ini dapat mengotori daerah-daerah berpenduduk, mencemari

sistem-sistem perairan dan menciptakan kerusakan lingkungan.

Penggunaan plastik sebagai kemasan merupakan suatu kebutuhan penting

bagi dunia industri, sebagai pengemasan barang-barang berupa pangan, tekstil,

dan pertanian. Sifat yang harus dimiliki oleh suatu bahan pengemas diantaranya

adalah tahan terhadap cuaca, benturan, dan bahan kimia. Saat ini terdapat berbagai

jenis material plastik, jenis yang cukup banyak digunakan saat ini adalah bahan

plastik berupa polimer jenis Polyethylene. Polietilena atau Polyethylene disingkat

PE adalah polimer yang terdiri dari rantai panjang monomer etilena (C2H4).

Terdapat beberapa jenis PE yang dibedakan berdasarkan kepadatan dan

percabangan molekulnya, dimana sifat mekanis polimer bergantung pada tipe

percabangan, struktur kristal, dan berat molekulnya. Beberapa jenis PE yang

paling banyak digunakan di pasaran diantaranya High Density Polyethylene

(HDPE), Low Density Polyethylene (LDPE) dan Linier Low Density

Polyethylene (LLDPE) (Sugik. dkk, 2002).

Banyak keuntungan yang diperoleh dari polimer PE diantaranya, kuat, ringan,

flexibel serta mudah dibentuk untuk berbagai fungsi, tetapi plastik polimer

membutuhkan waktu lama untuk terurai secara alami (non-degradable), sehingga

penggunaan yang berlebihan dapat berakibat pada permasalahan lingkungan. Kota

Bandung Jawa Barat dalam sebuah hasil penelitian menunjukkan bahwa hutan

kota ini terdiri dari 8 lokasi hutan kota yang digunakan sebagai sarana olah raga

dan rekreasi/wisata untuk umum dan 1 lokasi merupakan tempat industri

(13)

2

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Bandung memiliki cukup banyak limbah daun yang dihasilkan setiap harinya

(Mulyana, 2012). Limbah daun ini selanjutnya dapat dimanfaatkan sebagai

material alami yang digunakan untuk dikompositkan dengan matrik polimer jenis

PE, yang diharapkan menjadi material baru yang ramah lingkungan karena sifat

daun sukun yang mudah terurai.

Dispersion-strengthened Composite adalah salah satu jenis komposit dimana

dalam susunannya terdapat sekian persen volume partikulat (filler) yang tersebar

merata yang dapat berfungsi sebagai penguat dan pengeras. Penguatan yang

terjadi melibatkan interaksi antara partikelnya dengan sambungan dalam

matriknya (Callister, 2007:584). Salah satu Filler yang dapat digunakan dalam

pembuatan komposit serta diharapkan mampu memberikan pengaruh lain sebagai

bahan yang lebih ramah lingkungan adalah material alam berupa daun kering

berbentuk serbuk (partikulat).

Material alam berupa daun memiliki sifat yang dapat terurai secara alami,

murah, dan dapat diperbaharui. Komposit dengan serat alam memiliki resistansi

listrik dan termal lebih baik dan sifat mekanis yang cukup baik. Selain itu, serat

alam merupakan bahan ramah lingkungan, saat ini para ilmuan dan insinyur

banyak menggunakannya karena biaya pemrosesannya yang cukup murah

(Bharath, 2010). Saat ini telah banyak dilakukan penelitian mengenai serat alam

sebagai fasa penguat (filler) untuk matriks polimer memberikan hasil berupa

kemampuannya yang ramah lingkungan ketika dibandingkan dengan serat-serat

nonorganik seperti serat karbon dan serat gelas (Pereira. dkk, 2013).

Penelitian penggunaan bahan alam sebagai filler komposit telah banyak

dilakukan. Penggunaan kulit jagung sebagai filler dan polylactid acid dengan

penggunaan variasi komposisi kulit jagung 10%, 20%, 30%, 40% dan dengan

penggunaan variasi ukuran 50 mesh, 100 mesh dan 300 mesh menunjukan

kecenderungan penurunan kuat tarik, kuat lengkung, dan kuat impak, tetapi

meningkatkan nilai modulus elastisitas komposit. Ukuran partikel yang lebih kecil

mengakibatkan ikatan antar muka antara matrik dengan filler lebih kuat dan

terjadi penyebaran partikulat yang lebih baik sehingga meningkatkan sifat

mekaniknya (Jagadeesh. dkk, 2012). Penelitian lainnya dengan penggunaan daun

(14)

3

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

dkk, 2011) (Gallagher. dkk, 2012) (Nourbakhsh. dkk, 2008), daun Pandan Alas

(Taufik. dkk, 2014), dan sekam Padi (Fathanah, 2011) menunjukan adanya

pengaruh signifikan terhadap komposit yang dihasilkan.

Sukun (Artocarpus altilis) atau Breadfruit adalah tanaman serbaguna dan

bernilai ekonomis. Tanaman sukun memiliki ciri-ciri pohon yang tingginya dapat

mencapat 30m, namun rata-rata tingginya hanya 12-15 meter. Sukun dapat

tumbuh sepanjang tahun di daerah tropis basah.

Sukun dengan buah yang memiliki tekstur seperti roti ini umumnya terdapat

kandungan senyawa phenolic dalam biji sukun yang berasal dari New Guinea,

Moluccas (Indonesia) dan Filipina. Penelitian mengenai sukun telah banyak

dilakukan oleh para aktifis farmasi terkait antioksidan, antifungal, perilaku

seksual, efek antidiabetes, dan efek antibakteri. Pohon sukun memiliki daun tebal

dan bersirip dengan warna hijau gelap pada bagian depannya yang seringkali

terlihat mengkilat, daun sukun dalam satu pohon memiliki ukuran bervariasi

(Sirkawar. dkk, 2014). Lembar daun yang cukup besar ini berukuran 20-40 cm x

20-60 cm membuat limbah daun sukun yang gugur mudah terlihat menumpuk.

Pada penelitian kali ini komposit dibuat dengan penggabungan polimer PE

sebagai fasa matriksnya dan serat alam daun sukun berbentuk serbuk sebagai fasa

penguatnya (filler), untuk diperoleh material dengan sifat utama layaknya plastik

pada umumnya dan sifat baru yang diperoleh dari adanya bahan alam berupa daun

sukun didalamnya. Dengan adanya komposit polimer ini diharapkan mampu

menjadi salah satu solusi penggunaan polimer yang lebih bijak. Selanjutnya

setelah dilakukan pembuatan komposit PE-daun sukun, dilakukan pengujian

mekanik diantaranya uji tarik (tensile testing), uji kekerasan Rockwell (Rockwell

Hardness Testing), dan uji lengkung (bending testing). Dengan demikian judul

penelitian ini adalah “PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI SIFAT

MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH DAUN SUKUN DENGAN MATRIK

(15)

4

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu B. Rumusan Masalah Penelitian

Dari latar belakang yang telah diuraikan, maka rumusan masalah untuk

peroposal penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh penambahan persen massa limbah daun sukun terhadap

kuat tarik, kuat lengkung dan kekerasan komposit PE/daun sukun?

2. Bagaimana pengaruh ukuran filler daun sukun terhadap kuat tarik, kuat

lengkung dan kekerasan komposit PE/daun sukun?

C. Batasan Masalah

Untuk membatasi ruang lingkup penelitian, maka pernulis membatasi

permasalahan sebagai berikut:

1. Limbah daun yang digunakan berupa daun sukun kering yang telah

berguguran dari pohon sukun karena ketersediaanya yang mudah diperoleh.

2. Variasi persen massa filler daun sukun dalam matriks PE yang digunakan

adalah 0%, 10%, 15%, 20%, 25%.

3. Variasi ukuran filler daun sukun adalah 140 mesh (0.105) dan 100 mesh

(0.150 mm)

4. Pengujian mekanik yang dilakukan diantaranya adalah uji tarik (tensile

testing) untuk mengetahui kekuatan tarik komposit PE/daun sukun. Uji

kekerasan Rockwell (Rockwell hardness testing) untuk mengetahui nilai skala

kekerasan komposit PE/daun sukun. Uji lengkung (bending testing) untuk

mengetahui kekuatan lengkung komposit PE/daun sukun.

D. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini adalah

1. Memperoleh material komposit PE/daun sukun.

2. Mengetahui pengaruh persen massa daun sukun terhadap karakteristik

mekanik kompositnya.

3. Mengetahui pengaruh ukuran partikel daun sukun terhadap sifat mekanik

(16)

5

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu E. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah

1. Memberi nilai tambah limbah daun sukun.

2. Menggunakan bahan alami yang melimpah karena dapat diperbaharui.

3. Merupakan salah satu material komposit baru sehingga dapat menjadi

rujukan untuk peneliti-peneliti selanjutnya.

F. Struktur Organisasi Penelitian

Struktur organisasi penulisan dalam skripsi ini terdiri dari:

1. Bab I, memaparkan latar belakang dilakukannya penelitian komposit

menggunakan material polimer jenis polyethylene sebagai matrik dengan

limbah daun sukun sebagai filler. Rumusan masalah dan batasan masalah

yang merupakan identifikasi spesifik dari permasalahan yang diteliti.

Kemudian diikuti tujuan dan manfaat penelitian serta struktur organisasi

penulisan skripsi .

2. Bab II, menjelaskan kanjian pustaka yang berisi hukum-hukum,

teori-teori, rumus-rumus, dalil-dalil, konsep-konsep, dan model-model yang

berhubungan dengan topik penelitian yang diperoleh dari studi literatur.

3. Bab III, menjelaskan metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian

ini teridiri dari metode yang digunakan, lokasi penelitian, alat dan bahan

yang digunakan, langkah kerja beserta karakterisasi dalam penelitian yang

telah dilakukan .

4. Bab IV, membahas dan menganalisis hasil dari pengujian dan pengolahan

data yang telah dilakukan.

5. BAB V, teridiri dari kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan

(17)

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu BAB III

METODE PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan pada penelitian ini berupa metode

eksperimen. Penelitian dilakukan untuk mengetahui pengaruh daun sukun dalam

matrik polyethylene. Pengaruh yang diamati dilakukan dengan memvariasikan

%massa daun sukun dalam matrik polyethylene dan membuat perbandingan dua

jenis ukuran serbuk daun sukun yang digunakan. Selanjutnya, dilakukan

pengamatan untuk mengetahui sifat-sifat komposit yang telah dibuat tersebut.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Preparasi serta karakterisasi komposit PE /limbah daun sukun dilaksanakan

di Labolatorium Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia

(LIPI) Bandung yang beralamat di Jl. Sangkuriang Komplek LIPI Bandung 40135

Jawa Barat.

C. Alat dan Bahan

Alat yang akan digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah:

1. Mesin pencacah daun untuk menghancurkan daun sehingga diperoleh

serbuk daun.

2. Blender multi power 20.000 rpm untuk menghancurkan daun lebih halus.

3. Wire Mesh bukaan 100 & 140 Mesh sebagai alat penyaring ukuran daun.

4. Oven (13000C) sebagai perangkat yang digunakan untuk pengering kadar

air dalam daun.

5. Internal Mixer (Labo Plastomill Model 30R150 volume chamber 60 cc)

untuk alat pencampur bahan-bahan pembuatan komposit.

6. Hot Press / Cold Press sebagai alat pembentuk plat komposit.

7. Alat pencetak (spacer) lembar spesimen uji.

8. Neraca Analitik untuk mengukur massa sampel.

(18)

22

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

10. Dumbell, pemotong lembar komposit menjadi potongan spesimen uji

yang telah disesuaikan.

11. Universal Testing Mechine, ORIENTEC UCT-5T sebagai alat uji tarik

dan lengkung

12. Rockwell Hardness Testing Machine, Matsuzawa Mrk-M, sebagai alat

uji kekerasan Rockwell

Sedangkan bahan yang dibutuhkan untuk penelitian kali ini adalah sebagai

berikut:

1. Limbah daun sukun kering sebagai filler.

2. Polimer jenis Polyethylene sebagai matriks.

D. Prosedur Penelitian 1. Preparasi Daun Sukun

Daun sukun yang telah berguguran dikumpulkan dari satu pohon di daerah

Kiaracondong Bandung, daun sukun kering memiliki ciri berwarna coklat

kekuningan dengan tekstur agak rapuh. Berikut rangkaian proses preparasi

daun sukun

a. Daun sukun yang telah gugur dikumpulkan.

b. Daun di bersihkan dari sisa-sisa tanah yang masih menempel dengan air.

c. Setelah bersih daun dikeringkan di bawah sinar Matahari selama 1-2 hari.

Gambar 3.1 Pengeringan daun sukun oleh sinar Matahari

d. Daun yang telah kering dan bersih di potong untuk dipisahkan dari

(19)

23

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Gambar 3.2 Daun sukun kering yang telah dipisahkan dari batangnya

e. Daun di hancurkan dengan mesih penghancur, hingga daun sukun kering

menjadi berbentuk serbuk.

Gambar 3.3 Bubuk daun sukun

f. Daun di saring dengan mesin penyaring wire mesh, untuk setiap satu kali

penyaringan digunakan kurang lebih 100 – 200 gram bubuk daun, waktu

penyaringan 15 menit untuk kemudian dimasukan kedalam plastik yang

telah dilabeli

Gambar 3.4 Pengayakan daun sukun

g. Penyaringan dilakukan dua kali, untuk dua jenis ukuran partikulat daun

sukun 100 mesh dan 140 mesh.

h. Setelah diperoleh ±100gram bubuk daun sukun untuk setiap jenis ukuran

daun, keduanya dikeringkan dengan menggunakan oven untuk mengurangi

kadar airnya.

(20)

24

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Tambahan: untuk bubuk daun yang tidak lolos melewati saringan, dilakukan

penghacuran kembali dengan menggunakan mesin blender untuk selanjutnya

di saring kembali.

2. Pembuatan Komposit

Polimer polyethylene dicampurkan dengan bubuk daun sukun

menggunakan mesin Labo Plastomill untuk diperoleh komposit PE/daun

sukun.

a. Kedua jenis ukuran serbuk daun sukun yang telah berkurang kadar airnya,

ditimbang sesuai persen massa yang telah ditentukan dan volume

maksimum ruang mesin pencampur (50cc).

b. Dua jenis ukuran serbuk daun sukun diberi kode abjad nama sampel A

untuk ukuran daun 140 Mesh dan B untuk ukuran daun 100 Mesh, dan

kode angka untuk membedakan persen massa daun dalam komposit

PE/daun sukun yaitu 1 untuk komposisi 10%, 2 untuk komposisi 15%, 3

untuk komposisi 20%, 4 untuk komposisi 25%. Kode C menunjukan

komposisi PE murni atau 0% daun sukun, seperti terlihat pada Tabel 3.1

Tabel 3.1 Komposisi massa komposit PE/daun sukun

Nama Sampel

% massa PE : Daun sukun

Massa (gram) PE : Daun sukun PE murni

C 100 : 0 50,01 : 0

Daun sukun 140 Mesh

A1 90 : 10 45,01 : 5,00

A2 85 : 15 42,50 : 7,50

A3 80 : 20 40,00 : 10,00

A4 75 : 25 37,50 : 12,50

Daun sukun 100 Mesh

B1 90 : 10 45,01 : 5,00

B2 85 : 15 42,50 : 7,50

B3 80 : 20 40,01 : 10,00

(21)

25

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

c. Mengatur suhu pencampuran pada mesin Labo Plastomill pada suhu

140oC.

Gambar 3.5 Pencampuran PE dengan serbuk daun sukun

d. Setelah pengaturan suhu dicapai, PE murni dimasukan kedamalam

chamber kemudian ditutup agar meleleh. pada 2 menit setelahnya daun

sukun dimasukan dan ditutup selama 4 menit agar tercampur.

e. Bahan yang telah tercampur merata akan terlihat dari pembacaan torsi

putaran yang konstan (0.51 – 0.60 kg.m), dan frekuensi putaran 50rpm.

f. Hasil pencampuran diambil kemudian disimpan dalam plastik berlabel.

Gambar 3.6 Komposit yang dihasilkan

3. Pencetakan Spesimen uji

Sampel yang akan dibuat spesimen uji ditimbang, disesuaikan dengan

volume pencetak panas (hotpress). Tekanan yang digunakan adalah 50 Pa,

suhu 125oC dengan total waktu kurang lebih 2 menit. Hotpress dilakukan

menggunakan beberapa jenis ketebalan, disesuaikan dengan ketebalan standar

uji yang akan dilakukan, untuk kemudian dipotong menggunakan pemotong

Dumbell.

a. Spesimen uji tarik menggunakan standar pengujian ISO 572-2 type 5A.

(22)

26

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

0.2mm dan menggunakan ±7gram komposit PE/daun sukun. Lembaran

komposit PE/daun sukun kemudian dipotong sesuai dimensi standar

pengujian dengan menggunakan mesin pemotong Dumbell.

Gambar 3.7 Pembuatan spesimen uji tarik

b. Spesimen uji Bending menggunakan standar pengujian ASTM D 790 – 02

(ketebalan 3 mm). Pencetak atau spacer yang digunakan berukuran 4x2

cm dengan ketebalan 3mm dan menggunakan ±10gram komposit PE/daun

sukun. Komposit dipotong dengan mesin pemotong Dumbell untuk

diperoleh spesimen uji berukuran 1 x 4 cm.

(23)

27

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

c. Spesimen uji kekerasan Rockwell menggunakan standar pengujian ASTM

D 785 – 98. Pencetak atau spacer yang digunakan berukuran 4x2 cm

dengan ketebalan 3mm dan menggunakan ±10gram komposit PE/daun

sukun.

Gambar 3.9 Pembuatan spesimen uji kekerasan Rockwell

E. Pengujian Tarik

Pengujian mekanik dilakukan dengan menggunakan universal testing

machine ORIENTEC UCT-5T milik Labolatorium Uji Polimer Pusat Penelitian

Fisika LIPI.

Gambar 3.10 Mesin Uji Tarik

Prosedur Uji Tarik

1. Menyiapkan alat dan spesimen komposit PE/daun sukun, spesimen uji

komposit PE/daun sukun telah dikondisikan.

2. Mengkalibrasi alat uji.

3. Mengkonfigurasi alat uji sesuai dengan jenis sampel uji.

4. Memasukan data yang diperlukan kedalam komputer mesin uji, data yang

dimasukan diantaranya ketebalan, lebar, panjang, massa spesimen uji

(24)

28

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

5. Memasangkan spesimen ke cross head yang dapat menjepit bagian atas

dan bawah spesimen, posisi spesimen dapat dikuatkan dengan

menggunakan obeng khusus.

6. Menekan tombol start untuk memulai pengujian secara otomatis.

7. Mengeluarkan spesimen yang telah rusak/patah.

F. Pengujian Lengkung

Pengujian sifat kelengkungan atau kelenturan menggunakan mesin yang sama

dengan mesin uji tarik yaitu universal testing machine ORIENTEC UCT-5T milik

labolatorium uji polimer Pusat Penelitian Fisika LIPI.

Gambar 3.11 Mesin Uji lengkung

Prosedur Uji Lengkung

Pengujian lengkung dilakukan berdasarkan standar acuan ASTM D 790

Prosedur B.

1. Menyiapkan spesimen dan alat uji.

2. Gunakan spesimen yang belum pernah teruji untuk setiap pengukuran,

tandai bagian tengah yang akan dikenai oleh penekan.

3. Sejajarkan spesimen dengan penumpu agar berada ditengah.

4. Tekan tombol “start” untuk memulai pengujian, pengambilan data

dilakukan dengan mengukur gerakan penekan relatif terhadap

muatannya, yang akan dicatat otomatis oleh komputer.

5. Pengujian dihentikan ketika maksimum strain spesimen telah mencapai

(0,05 mm/mm (in/in) atau regangan 5%).

(25)

29

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Pengujian kekerasan menggunakan mesin Hardness Tester buatan Matsuzawa

Seiki Jepang, model Mrk-M serial number 5574-M milik Labolatorium Uji

Polimer Pusat Penelitian Fisika LIPI. Skala kekerasan Rockwell yang digunakan

R dengan ukuran diameter indenter 0.5 inci berbahan steel, sehingga pada

pengujian ini sampel mengalami beban minorn 10 kg dan beban mayor 60 kg.

Gambar 3.12 Mesin Uji Kekerasan Rockwell

Prosedur uji kekerasan Rockwell

Pengujian kekerasan Rockwell dilakukan berdasarkan Prosedur A pada

ASTM D 785.

1. Menyiapkan spesiman dan alat pengujian.

2. Dipilih skala kekerasan R, yaitu skala kekerasan Rockwell yang

diperuntukan untuk material plastik yang lunak.

3. Mengkalibrasi alat pengujian.

Gambar 3.13 Skala pembacaan uji kekerasan Rockwell

4. Spesimen ditempatkan pada landasan, putar capstan screw hingga jarum

(26)

30

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

petunjuk besar pada skalan 0 (warna hitam), Pengaturan ini artinya

sedang dipergunakan beban minor 10 kg.

5. Tekan tombol “on” untuk memulai mesin melakukan pembacaan.

6. Pembacaan dilakukan ketika jarum besar atau capstan bergerak ke arah

terbalik (berlawanan jarum jam) selama ±10 detik, kemudian jarum

bergerak kembali searah jarum jam.

7. Catat nilai kekerasan dengan cara: hitung berapa kalinya jarum besar

melewati skala nol pada skala merah saat digunakan beban mayor.

Kurangi nomor tersebut dengan jumlah berapa kalinya jarum besar

melewati skala nol merah setelah beban mayor dihilangkan. Jika selisih

nol, catat nilai kekerasan kemudian tambahkan 100. Jika selisih 1, catat

nilai kekerasan tanpa ada peruubahan. Jika selisi 2, catat nilai kekerasan

kemudian kurangi 100. Material plastik yang lebih lebih lunak, akan

memerlukan skala kekerasan lebih lunak dari R

Tambahan:

Uji kekerasan tidak boleh dilakukan terlalu dekat dengan bagian sisi spesimen

uji dimana indenter dapat merusak bagian sisi spesimen oleh indenter ketika

beban mayor diterapkan. Oleh karena itu, sebaiknya radius minimal 6mm (1/4 in)

sisi spesimen uji dalam kondisi bersih dari jejak hasil pengujian. Pengujian juga

tidak boleh terlalu dekat satu dengan lainnya, karena material spesimen uji berupa

plastik, permukaan plastik menjadi rusak akibat pengujian yang telah dilakukan

sebelumnya. Tidak dibolehkan melakukan pengujian duplikat pada bagian sisi lain

spesimen; pada daerah dimana pengujian pertama pada sisi lain sudah dilakukan

maka akan menghasilkan nilai kekerasan lebih lunak pada pengujian kedua

(27)

31

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu H. Diagram Alir Penelitian

Limbah daun sukun

Pembersihan, Pengeringan dan penghalusan daun sukun

Polimer polyethylene

Komposit dengan filler daun sukun dan Matriks PE

100 Mesh 140 Mesh

Karakterisasi Mekanik: - Uji Tarik

- Uji Lengkung

- Uji Kekerasan Rockwell

Analisis Data

Hasil %massa:

0 | 10 | 15 | 20 | 25

%massa: 0 | 10 | 15 | 20 | 25

(28)

32

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu I. Teknik Analisis Data

1. Analisis Data Uji Tarik

Pada pengujian ini akan diperoleh informasi bagaimana perilaku sampel

yang diberi beban tarikan dalam bentuk grafik hubungan tegangan dengan

regangan. Data ini dapat digunakan untuk mengetahui pengaruh persen

komposisi massa daun sukun dan ukuran daun terhadap kekuatan tarik,

modulus elastisitas, dan besar regangannya.

2. Analisis Data Uji Lengkung

Pada pengujian ini akan diperoleh informasi mengenai perilaku kelenturan

sampel ketika diberi beban penekan yang berada ditengah permukaan

spesimen. Data yang diperoleh daripada pengujian ini berupa grafik

hubungan tegangan terhadap regangan yang dialami sampel selama diberi

beban. Data tersebut dapat digunakan untuk mengetahui pengaruh persen

komposisi massa daun sukun terhadap modulus elastisitas, kekuatan

bendingnya.

3. Analisis Data Uji Kekerasan Rockwell

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh persen komposisi massa

dan ukuran daun terhadap sifat kekerasannya, yang diperlihatkan oleh nilai

(29)

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Dari hasil penelitian mengenai komposit dengan matrik polimer polyethylene

dengan filler limbah daun sukun, dapat disimpulkan bahwa:

1. Penambahan kadar daun sukun dalam matrtiks polyethylene menurunkan sifat

mekanik komposit yang dihasilkannya. Semakin besar %massa daun sukun

memperlihatkan penurunan nilai kuat tarik, %elongasi, kuat lengkung dan

skala kekerasan Rockwell komposit PE/daun sukun. Tetapi, meningkatkan

nilai modulus tarik dan modulus lengkung komposit PE/daun sukun.

2. Komposit PE/daun sukun dengan ukuran serbuk daun sukun 140 mesh

menunjukan semua pengujian sifat mekanik yang dilakukan pada penelitian

ini mimiliki nilai lebih tinggi dibandingkan komposit PE/daun sukun dengan

ukuran serbuk daun sukun 100 mesh.

B. Saran

Pada pengujian lebih lanjut, disarankan untuk melalukan pengujian sifat

ramah lingkungan material komposit PE/daun sukun serta pengujian yang

(30)

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu DAFTAR PUSTAKA

ASTM D790 – 02. Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced

and Reinforced Plastics & Electrical Insulating Materials.

ASTM D785 – 98. Standard Test Method for Rockwell Hardness of Plastics and

Electrical Insulating Materials.

Atuanya, C,U. Ibhadode, A,O,A & Igboanugo, A,C. (2011). Potential of Using

Recycled LDPE in Wood Composites Board. African Journal of

Environmental Science and Technology Vol 5(5), PP 389-396.

Bharath, K,N. Swamy, R,P. & Mohan, Kumar G,C. (2010). Experimental studies

on biodegradable and swelling characteristics of natural fibers

composites. International Journal of Agriculture Sciences, ISSN:

0975-3710, Volume 2, Issue 1, 2010, pp-01-04.

Callister, William D. (2007). Materials Science and Engineering - An

Introduction, Edisi ke 7. John Wiley & Sons, Inc. USA.

Domininghaus, H. (1988) Plastics For Engineers, Materials, Properties,

Application. Hanser Publisers. New York.

Fathanah, Umi. (2011). Kualitas Papan Komposit dari Sekam Padi dan Plastik

HDPE Daur Ulang Menggunakan Maleic Anhydride (MAH) sebagai

Compatibilizer. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan Vol. 8, No. 2,

Hal 53-59.

Gallagher, L,W & Mcdonald, Armando G. (2012). The Effect of Micron Sized

Wood Fibers in Wood Plastic Composites. Journal of Modern

Technology Vol 15(3) page 357-374.

Herper, Charles A & Modern Plastics. (1999). Modern Plastics Handbook. Mc

Graw-Hill.

IPC-TM-650 (1995). Test Methods Manual: Tensile Strength, Elongation and

Modulus. The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic

(31)

41

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu| perpustakaan.upi.edu ISO 527-2. Determination of Tensile Properties of Plastics.

Jagadeesh, Dani. Sudhakara, P. Prasad, C,V. Kim, H,J & Song, J,I (2012). A Study

on The Mechanical Properties of Bio-Composites from Renewable

Agro-Wasted/Poly (lactid acid). Journal of Biobased Mterial and

Bioenergy Vol 6, pp 1-6.

Nayiroh, Nurun. (2013). Material Komposit, [Online] tersedia:

nurun.lecturer.uin-malang.ac.id.

NDT Resource Center. Tensile Properties. [Online]. Diakses dari

https://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Mechanical/

Tensile.htm

Ndlovu, S,S. Reenen, A,J,V & Luyt, A,S. (2013). LDPE-Wood Composites

Untilizing Degradable LDPE as Compatibilizer. Elevier Journal of

Composite Part A 51 page 80 – 88.

NOURBAKHSH, AMIR. Kokta, Bouhuslav V. Ashori, Alireza & Latibari,

Ahmad Jahan. (2008). Effect of a Novel Coupling Agent, Polybutadiene

Isocyanate, on Mechanical Properties of Wood-Fiber Polypropylene

Composites. SAGE: Journal of REINFORCED PLASTICS AND

COMPOSITES, Vol. 27, No. 16–17/2008.

Mulyana, Soleh. (2012). KAJIAN JENIS POHON POTENSIAL UNTUKHUTAN

KOTA DI BANDUNG, JAWA BARAT. Jurnal Analisis Kebijakan

KehutananVol. 10 No. 1, April 2013 : 58 – 71.

Pereira, Paulo H,F. Benini, Kelly C,C. Watashi, Cintia Y. Voorwald, Herman J,C

& Cioffi, Maria O,H. (2013). Characterization of High Density

Polyethylene (HDPE) Reinforced with Banana Peel Fibers.

bioresources.com: BioResources 8(2), 2351-2365.

SAE International J2654. (2004) Surface Vechicle Recommended Practice,

Hardness of Black Lining.

Sikarwar, Mukesh S. Hiu, Boey J. Subramaniam, Kumutha. Valeisamy, Bavani D.

(32)

42

Siti Rohmah, 2015

PEMBUATAN D AN KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK KOMPOSIT LIMBAH D AUN SUKUN D ENGAN MATRIK POLYETHYLENE

(Parkinson) Fosberg (Breadfruit). Journal of Applied Pharmacutical

Science Vol 4 (08) page 091-097.

Smallman, R, J, E & Bishop, R. (2000). Metalurgi Fisika Modern & Rekayasa

Material Ed. 6. Penerbit Erlangga. Indonesia

Sugik, S,A. Aloma, Sudirman, Evy (2002). KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK

DAN TERMAL KOMPOSIT LDPE – IRGANOK. Prosiding Pertemuan

llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002.

Taufik, Citra Mardatillah dan Astuti. (2014). Sintesis dan Karakterisasi Sifat

Mekanik serta Struktur Mikro Komposit Resin yang Diperkuat Serat

Daun Pandan Alas (Pandanus dubius). Jurnal Fisika Universitas

Andalas Vol 3. No 1.

Westport (2013). Hardness Measurment. [Online]. Diakses dari