4 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
1.1 Sekam Padi
Sekam padi merupakan bagian luar kulit dari beras yang sudah digiling. Karakternya yang keras dan kuat yang meliputi kariopsi yang terdiri dari dua belahan yanbg disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Karena kurangnya pemanfaatan sekam padi biasanya disebut juga dengan limbah pertanian. Sekam padi memiliki komponen utama seperti selulosa (31,4% – 36,3%), hemiselulosa (2,9% - 11,8%), dan lignin (9,5% - 18,4%) (Champagne, 2004). Sekam padi dikategorikan sebagai biomassa yang biasanya digunakkan dalam bahan baku perindustrian, pakan ternak dan lain-lain. Berdasarkan riset dari suharno (1979) sekam padi mempunyai komposisi kimia sebagai berikut :
Kadar air : 9,02% Protein kasar : 3,03% Lemak : 1,18% Serat kasar : 35,68% Abu : 17,17% Karbohidrat dasar : 33,71%
Berdasarkan riset DTC – IPB
Karbon (zat arang) : 1,33% Hidrogen : 1,54% Oksigen : 33,64%
Silika : 16,98%
Padi yang digiling ada sekitar 20% menghasilkan sekam padi. Berdasarkan komposisi kandungan kimia seperti tersebut, sekam dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan diantaranya: (a) sebagai bahan baku pada industri kimia, terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia, (b) sebagai bahan baku pada industry bahan bangunan, terutama kandungan silica (SiO2) yang dapat digunakan untuk campuran pada industry bata merah, (c) sebagai sumber energi panas pada berbagai keperluan manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Sekam memiliki kerapatan jenis (bulk density) 125 kg/m3, dengan nilai kalori 1 kg sekam sebesar 3300 kalori. Berdasarkan penelitian Houston (1972) sekam memiliki Bulk Density 0,100 g/ml, nilai kalori antara 3300 – 3600 kalori/kg sekam dengan konduktivitas panas 0,271 BTU. Sekam padi mempunyai beberapa karakter diantaranya seperti tidak mudah terbakar, tahan akan kelembaban, tidak mudah berjamur, tidak berbau dan lain-lain. Pemanfaatan sekam padi yang awalnya dari limbah menjadi bahan penguat komposit adalah salah satu upaya peningkatan mutu dan kualitas ekonomi untuk masyarakat sekitar yang
sebagian besar berprosesi sebagai petani padi dan sebagai bahan alternatif pengganti logam.
2.2 Komposit
Komposit merupakan suatu susunan yang terdiri dari dua atau lebih material sifat kimia dan fisika yang menghasilkan material baru dan memiliki sifat-sifat berbeda dari material penyusunya. Material komposit ini memiliki susunan material, yang dimana susunan tersebut adalah matrix dan fiber. Matrix dan Fiber ini pun memiliki fungsi yang berbeda dimana fiber berfungsi sebaagai material rangka yang menyusun komposit, sendangkan matrix berfungsi sebagai perekat material fiber dan menjaganya agar tidak berpindah posisi.
Fiber memiliki sifat yang mudah dibentuk, dicetak ataupun dipotong sesuai dengan kebutuhan desain yang akan dibuat. Hal ini sangat berguna untuk dimanfaatkan agar mendapatkan sifat komposit yang sesuai dengan parameter yang dibutuhkan. Matrix yang pada dasarnya adalah sebagai bahan perekat material yang umumnya terbuat dari resin, sehingga fiber dapat merekat dengan kuat. Resin juga memiliki fungsi lain yaitu untuk melindungi fiber dari serangan bahan kimia yang diterima dan melindungi dari cuaca ekstream yang dapat merusak material. Gambar 2.1 dapat kita lihat pencampuran antara matrix dan fiber membentuk composite.
Gambar 2.1. Proses alur pembuatan komposit 2.3 Mikrokomposit
Pengertian nanoteknologi sendiri berasal dari pendeskripsian dari kreasi dan eksploitasi material yang memiliki ukuran struktur atom dan material besar yang didimensikan kedalam ukuran mikrometer (1 µm = 10⁻⁶ m). Feyman (1959), merupakan orang yang pertamakali mengemukakan akan pentingnya mikroteknologi bagi perkembangan teknologi.
Mikrokomposit merupakan gabungan antara dua susunan material komposit (matrix dan fiber) untuk menghasilkan material yang baru dalam skala mikrometer. mikrometer sendiri memiliki sifat mekanik yang lebih baik jika dibandingkan dengan milimeter partikelnya, hal ini sangat menarik perhatian para peneliti mengembangan mikrokomposit untuk perkembangan teknologi dimasa mendatang. Pembuatan mikrokomposit sendiri dapat dilakukan dengan sangat mudah dan kompleks, salah satunya dengan menggunakan pendekatan simple mixing.
Penelitan yang dilakukan oleh Hadiyawarman (2008), menyatakan bahwa mikrokomposit memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability), tahan lelah (fatigue resistance), tahan korosi dan memiliki rasio kekuatan terhadap berat jenis yang tinggi.
2.4 Uji Tarik
Uji Tarik adalah salah satu alat uji untuk mengetahui sifat-sifat kekuatan tarik dari suatu bahan atau material. Cara mengujinya yaitu dengan menarik suatu bahan atau material untuk mengetahui sejauh mana bahan spesimen uji atau
material tersebut terhadap tarikan dan untuk mengetahui sejauh mana panjang material itu bertambah panjang. Dari metode pengujian, bentuk spesimen dan perhitungan pengujian, uji tarik adalah pengujian yang paling sederhana, tidak mahal dan telah mengalami standarisasi di seluruh dunia. Gambar 2.2 dapat kita lihat skema pengujian Tarik dari awal pembebanan.
Gambar 2.2. Skema pengujian Tarik dari awal pembebanan
Hasil dari penarikan bahan material spesimen hingga material tersebut putus, kita dapat mengetahui data yaitu berupa tegangan Tarik versus pertambahan panjang dari material yang kita uji. Gambar 2.3 menjelaskan tentang tegangan stress dan tegangan strain yang terjadi pada material besi baja dimana diawali dengan daerah elastis masuk ke daerah plastis dan hingga terjadi tegangan maksimum yang terjadinya necking lalu patah.
Gambar 2.3. Gambar uji Tarik dan tegangan yang terjadi
Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada gambar 2.3. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.
Batas elastis σE (elastic limit)
Gambar.2.3 diatas dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat inset dalam Gbr.5). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent
strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi
sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini.
Batas proporsional σp (proportional limit)
Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.
Deformasi plastis (plastic deformation)
Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gambar.2.3 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.
Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress)
Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.
Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress)
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.
Regangan luluh εy (yield strain)
Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.
Regangan elastis εe (elastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.
Regangan plastis εp (plastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.
Regangan total (total strain)
Reagangan total merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εe+εp. Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang
ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.
Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)
Tegangan Tarik maksimum pada gambar 2.3 ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik. Kekuatan patah (breaking strength)
Kekuatan patah pada gambar 2.3 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.
Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis
Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain yang bisa dilihat pada gambar 2.4
Gambar 2.4. Penentuan tegangan luluh (yield stress) untuk kurva tanpa daerah linier
Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain adalah besaran tanpa satuan.
2.4.1 Hukum Hooke
Hukum hooke dan elastisitas itu adalah dua hal yang saling berkaitan, dimana elastis itu dijelaskan bahwa jika suatu benda ditarik dengan panjang batas tertentu, maka benda tersebut akan kembali ke bentuk semulanya. Apabila benda tersebut ditarik terus menerus dan tidak kembali seperti semula maka elastis benda tersebut telah hilang. Dapat disimpulkan bahwa elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali kebentuk semula setelah benda tersebut mengalami penarikan. Sedangkan hukum Hooke adalah meneliti hubungan antara beban atau gaya yang diberikan pada benda elastis. Gagasan ini diperkenalkan oleh Robert Hooke yang dimana aturan hooke dapat dilihat pada persamaan 2.1 sampai 2.3
Persamaan 2.1 Tegangan σ = F/A Keterangan : F = Gaya (N) A = Luas penampang (m²) σ = Tegangan (N/m²) Persamaan 2.2 Regangan ε = ∆L/L Keterangan : ε = Regangan L = panjang mula-mula (m) ∆L = pertambahan panjang (m) Persamaan 2.3
Hubungan antara stress dan strain E = σ / ε
Dimana :
E = gradien kurva pada daerah linier (N/m) σ = tegangan (N/m²)
ε = regangan
E disebut juga dengan “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Berikut adalah kurva hubungan antara strain dan stress atau sering juga disingkat SS (SS
curve). Gambar 2.5 menjelaskan tentang kurva tegangan dan regangan yang terjadi pada besi baja
Gambar 2.5. Kurva tegangan dan regangan 2.4.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan Tarik.
Kadar karbon
Dengan meningkatnya kadar karbon dalam baja, maka akan didapat kekerasan dan kekuatan Tarik yang meningkat. Baja dengan kandungan karbon 1% akan memiliki sifat rapuh/getas
Homogenitas
Homogenitas dari suatu material akan berpengaruh terhadap gaya ikat antar atom. Untuk material dengan tingkat homogenitas tinggi maka
gaya ikat antar atomnya juga tinggi dan luas butirnya lebih besar sehingga kekuatan tariknya juga tinggi.
Bidang Slip
Logam dan paduanya berdemofrasi dengan pergeseran plastis, dimana atom didekatnya terjadi juga penguraian tegangan atau gaya tekan menjadi tegangan geser. Gerakan kepala silang mesin penguji memaksa benda uji berada dipenjepit karena penjepit harus tetap sebaris, sebab benda uji tidak dapat berubah bentuk secara bebas. Semakin banyak bidang slip yang terjadi maka material akan semakin mudah terdeformasi sehingga kekuatan tariknya menurun.
Unsur paduan
Penambahan unsur paduan pada baja akan mempengaruhi sifat pada baja tergantung sifat unsur paduan itu. Contohnya seperti nikel dan chromium yang dapat meningkatkan kekuatan Tarik baja karena sifat mengeraskan baja.
Ukuran butir
Butiran yang berukuran kecil memiliki ikatan antar logam yang besar sehingga partikel ukuran butir logam semakin kecil maka kekerasan logam tersebut akan semakin tinggi, begitupun juga dengan kekuatan tariknya akan meningkat.
Perlakuan panas (Heattreatment)
Proses ini akan mempengaruhi sifat mekanik logam, struktur mikro spesimen dan juga bentuk butiran yang mempengaruhi gaya Tarik antar atom.
2.5 Penelitian Terdahulu
Hasil penelitian yang dilakukan oleh Gintinng dkk (2017) yang berjudul Struktur dan Morfologi nanokomposit campuran zeolite abu sekam padi, menyimpulkan bahwa sifat suatu bahan pengisi akan kompatibel dengan matriks polimer, yang dipengaruhi oleh faktor ukuran partikel suatu bahan pengisi, dimana ukuran partikel suatu bahan pengisi yang kecil dapat meningkatkan derajat penguatan polimer dibandingkan dengan ukuran yang lebih besar, demikian juga semakin kecil ukuran partikel semakin tinggi ikatan antara bahan pengisi dengan matriks polimer. Ada berbagai contoh bahan pengisi yang sudah digunakan dalam pembuatan termoplastik khususnya dengan HDPE antara lain CaCO3/HDPE grafit/HDPE, Clay/HDPE, bentonite alam/HDPE, zeolite /HDPE.
Hasil penelitian yang dilakukan oleh Susilowati (2017) yang judulnya tentang studi perlakuan alkali terhadap sifat mekanik bahan komposit berpenguat sekam padi. Metode penelitian ini dilakukan dengan pengujian sifat mekanik (kekuatan bending, kekuatan tarik, SEM) pada komposit sekam padi dan matrik urea formaldehide dengan variasi perlakuan perbandingan sekam padi Vf = 30% ,40%, 50% dan 60% sedang urea formaldehide Vm = 70%, 60%, 50%, 40% dan perlakuan alkalisasi pada sekam padi masing-masing direndam dalam larutan alkali selama 4 jam. Komposit yang akan digunakan dibuat dengan metoda cetak tekan
dan dilakukan pengujian sifat mekanik. Sebagai parameter pengujian peralatan uji yang digunakan adalah uji bending dengan ASTM D790 – 02 dan uji tarik dengan ASTM D 638-02. Berdasarkan data penelitian tersebut diperoleh kesimpulan bahwa kekuatan bending rata-rata tertinggi diperoleh pada komposit dengan fraksi volume sekam padi 40% dengan tebal spesimen 5 mm sebesar sebesar 3,1123 MPa dan nilai terendah adalah sampel dengan fraksi volume 60% dan ketebalan 15mm sebesar 1,3750 MPa dan untuk pengujian kuat tarik diperoleh nilai optimal pada sampel dengan fraksi volume 40% dan ketebalan 5mm sebesar 0,4220 MPa sedang nilai terendah adalah sampel dengan fraksi volume 70% dan ketebalan 15mm yaitu sebesar 0,1452 MPa.
Hasil penelitian yang dilakukan oleh Rotua Adryani dan Maulida (2014), yang berjudul Pengaruh ukuran partikel dan komposisi abu sekam padi hitam terhadap sifat kekuatan Tarik komposit polyester tidak jenuh. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel dan komposisi abu sekam padi hitam sebagai pengisi terhadap sifat kekuatan tarik komposit poliester tidak jenuh. Komposit dibuat dengan metode pencampuran terbuka dengan mencampurkan poliester tidak jenuh dan pengisi abu sekam padi hitam dengan variasi ukuran partikel 100 mesh dan 250 mesh, dan rasio fraksi volum antara pengisi dan matriks 95/5 : 90/10 : 85/15 : 80/20 lalu ditambahkan 1% katalis metil etil keton peroksida kedalam campuran poliester tidak jenuh dan abu sekam padi hitam. Uji yang dilakukan ialah uji tarik, pemanjangan pada saat putus dan Modulus Young. Hasil yang diperoleh pada rasio 95/5 dengan ukuran partikel 100 dan 250 mesh ialah 24,413 MPa dan 24,689 MPa.
