Jurnal Saintech Vol. 02- No.03-September 2010
ISSN No. 2086-9681
PENGARUH FRAKSI VOLUME SERAT IJUK DAN SERAT SABUT KELAPA
SEBAGAI BAHAN KOMPOSIT HIBRID
Oleh :
Drs. Nurdin Bukit, MSi1dan Dra. Erna Frida, MSi2
1
Staf Pengajar Fisika FMIPA UNIMED Medan
2
Staf Pengajar Universitas Quality Medan
Abstract
This study aims to determine the effect of fiber volume fraction of fibers and fiber coconut on its mechanical properties ie tensile strength, flexural strength and impact strength of composite boards and knowing the mechanical properties of hybrid fiber composite fibers and fiber coconut fiber using polyester matrix. The method of this research is making fibers and fiber fibers with immersion process using 0.5M NaOH solution for 12 hours, then dried 3 days or until completely dry. Then mixed with polyester fibers with a combination of both fiber based on volume fraction. namely: fiber 20%, 30%, and 40% are organized in a random direction and made into a hybrid composite board test tensile, flexural, and impact.
From the tensile test results obtained with the largest value of maximum average (
V
) 20.21x106 N/m2 contained in the volume fraction of 40% direct. Maximum flexural strength testing average 55.25x106 N/m2 at 40% volume fraction in the direction and impact strength on average (Is
) 10:53 kJ/m2 also present in 40% volume fraction unidirectional. The results obtained by the influence of fiber volume fraction of 40% in the direction of maximum power at the third largest mechanical testing performed on samples.Keywords: hybrid composites, mechanical properties, polyester
I. Pendahuluan
Saat ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi berlangsung sangat pesat sejalan dengan perkembangan zaman. Hal ini dapat dilihat dengan banyaknya penemuan baru di bidang iptek yang semuanya diperoleh melalui penelitian-penelitian yang dilakukan oleh para ahli baik di dalam maupun di luar laboratorium. Termasuk di dalamnya ialah penelitian di bidang material, atau yang lebih dikenal dengan rekayasa material. Tujuan dilakukannya rekayasa material adalah untuk memperoleh material baru dengan sifat fisis dan mekanis, seperti kekuatan, kekerasan dan ketahanan yang lebih unggul dari material yang sudah ada untuk keperluan aplikasi tertentu. Salah satu di antaranya yang cukup populer saat ini adalah penelitian di bidang komposit.
Bahan komposit dapat diartikan sebagai gabungan dua atau lebih material yang berbeda sehingga diperoleh sifat antara (intermediate) dari masing-masing material penyusunnya. Bahan komposit memiliki keunggulan yakni lebih ringan, memiliki sifat mekanis per massa jenis yang lebih baik dari logam, tahan korosi, dan teknologi manufaktur komposit memungkinkan untuk menghasilkan bentuk yang kompleks. Akibatnya, tidak butuh waktu lama bagi bahan komposit untuk menjadi bahan favorit untuk berbagai aplikasi di industri. Sebagai contoh, bahan komposit telah mulai digunakan untuk membuat bagian-bagian meubel seperti plafon, dinding penyekat, dan perabot rumah lainnya. Secara umum, bahan komposit terdiri dari dua unsur utama, yakni serat dan matriks.
Jurnal Saintech Vol. 02- No.03-September 2010
ISSN No. 2086-9681
Penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya menunjukkan beberapa hasil pengujian sifat mekanik dari komposit. Dengan menggunakan serat serabut kelapa sebagai filler dan resin polyester sebagai matriks diperoleh hasil untuk pengukuran kekuatan tarik sebesar 9,63 MPa. Untuk pengujian kekuatan lentur sebesar 38,73 MPa dan kekuatan impak sebesar 12,7 kJ/m2(Efrina H, 2005).
Salah satu penelitian sebelumnya mengenai material yang memakai komposit hybrid serat alam yaitu serat ijuk dan serat gelas sebagai penguat telah dilakukan oleh Sitorus (1996). Dari penelitian tersebut diperoleh beberapa sifat mekanik dari komposit hybrid serat ijuk dan serat gelas dengan resin polyester yaitu kekuatan tarik tegangan maksimum rata-rata untuk mode
ijuk-gelas-ijuk sebesar 56,04 MPa. Pada
pengujian kekuatan lentur (UFS), kekuatan lentur maksimum rata-rata sebesar 180,7 MPa. Pada pengujian impak kekuatan impak rata-rata sebesar 46,18 kJ/m2.
Serat sebagai elemen penguat sangat menentukan sifat mekanik dari komposit karena meneruskan beban yang didistribusikan oleh matriks. Orientasi, ukuran dan bentuk serta material serat adalah faktor-faktor yang mempengaruhi property mekanik dari laminan. Dari pertimbangan-pertimbangan di atas maka penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan data kemampuan mekanis dan fisis berupa kekuatan tarik, kekuatan bending, dan kekuatan impak dari komposit serat serabut kelapa dan serat ijuk secara acak dan searah. Sedangkan untuk matriks menggunakan resin polyester. Penelitian ini akan difokuskan pada komposit dengan penguat serat panjang. Komponen serat panjang mempunyai orientasi serat yang lebih baik daripada serat pendek. Namun, komposit berbasis serat pendek juga memiliki beberapa keuntungan di antaranya : benda yang akan dibentuk lebih fleksibel, cocok untuk aplikasi dengan volume yang besar, dan teknik manufaktur relatif lebih mudah.Tujuan dari penelitian ini antara lain : Untuk mengetahui pengaruh fraksi volume serat sabut kelapa dan serat ijuk terhadap sifat mekanik yaitu kekuatan tarik, kekuatan impak
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain :Memperoleh informasi mengenai potensi dari serat ijuk dan serat serabut kelapa yang dibuat menjadi komposit hibrid dengan matriks polyester.Memperoleh metode spesifik pada papan komposit hibrid yang digunakan dalam penelitian.
II. Metode Dan Bahan 2.1. Alat Dan Bahan
Alat yang digunakan untuk menguji sampel mekanik ( kekuatan tarik, kekuatan lentur) adalah Larye Universal Testing
WDW-10. Alat uji impak yang digunakan merek
Wolpert Tipe CPSA buatan Amsler Otto
Wolpert Werke GMBH West – Germany.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :
Serat ijuk dan sabut kelapa disusun secara searah maupun acak dengan fraksi volume 20%, 30%, dan 40%. Resin poliester dan
hardener ratio 100:1, Aseton untuk
membersihkan cetakan. Aquadest berfungsi sebagai pembersih serat dan sebagai zat pelarut untuk NaOH kristal. Natrium Hidroksida dalam bentuk kristal. Wax untuk pelekang pada cetakan.
2.2. Preparasi Pembuatan Sampel Uji
Prosedur yang dilakukan pada perlakuan kimia pada serat adalah sebagai berikut: serat yang berdiameter 0.2-0.5 mm. Memotong serat dengan panjang 10-15
cm.dibersihkan serat dengan Aquadest,kemudian direndam serat dengan Aseton selama ± 15 menit kemudian dibilas dengan Aquadest.Mengekstrasikan endapan yang ada pada permukaan serat dengan menggunakan NaOH 0.5 M selama 12 jam.hasil rendaman serat dikeringkan pada suhu kamar.
2.3. Pembuatan Papan Komposit
Pembuatan bahan komposit resin polyester diperkuat serat serabut kelapa dan serat ijuk menggunakan metode ”Leacky
Mould” dengan cetakan berukuran 30 cm x 30
Jurnal Saintech Vol. 02- No.03-September 2010
ISSN No. 2086-9681
tidak mengandung kotoran dan kemudian dikeringkan.
2. Mengoles wax pada alas cetakan, tutup alas cetakan, dan spacer agar komposit tidak melekat pada cetakan.
3. Meletakkan spacer dikeempat sudut alas cetakan yang berukuran 30 x 30 cm yang bertujuan untuk menentukan ketebalan komposit yaitu 5 mm.
4. Resin poliester dicampur dengan hardener dengan perbandingan 100 : 1 kemudian diaduk hingga homogen.
5. Campuran resin polyester dan hardener dituangkan pada alat cetakan yang telah dipasangi spacer lalu diratakan, kemudian diletakkan serat ijuk dan sabut kelapa hijau (searah dan acak) dan disiram lagi dengan campuran resin. Cetakan ditutup dan ditekan dengan alat penekan sehingga tutup cetakan mencapai spacer.
6. Setelah dibiarkan selama satu hari (24 jam) pada temperatur kamar kemudian papan komposit dikeluarkan dari cetakan.
Jurnal Saintech Vol. 02- No.03-September 2010
ISSN No. 2086-9681
III. Hasil Dan Diskusi 3.1. Kekuatan Tarik
Dari data hasil penelitiaan untuk uji tarik pada komposit hybrid serat acak dan searah yang divariasikan yaitu untuk komposit serat acak 20%, 30%, dan 40% diperoleh tengangan maksimum rata-rata sebesar 12.62 N/m2x 106 dengan regangan maksimum rata-rata sebesar 6.59% nilai ini terdapat pada fraksi volume 40 %.
Sedangkan untuk papan komposit serat searah 20%,30%,dan 40% diperoleh tengangan maksimum rata-rata sebesar 20.21 N/m2x106 dengan regangan maksimum rata-rata sebesar 7.04 % nilai ini terdapat pada serat searah dengan fraksi volume 40 % .
Berdasarkan hasil rata-rata yang diperoleh bahwa komposit hibrid serat acak memiliki kekuatan tarik yang lebih besar pada fraksi volume 40% dari pada fraksi volume 20% dan 30%. Hal ini terjadi karena pada
fraksi volume 40% serat yang digunakan pada papan komposit menghasilkan nilai terbesar pada uji mekanik sample. Sedangkan serat susunan searah memiliki kekuatan tarik lebih besar dari serat acak, dan nilai terbesar tersebut terdapat pada fraksi volume 40 %.
Dengan melihat perbedaan pada setiap pengujian komposit diatas, ada beberapa hal yang mempengaruhi kekuatan tarik suatu komposit yaitu jenis susunan serat dan fraksi volume serat, perlakuan kimia yaitu perendaman serat dengan NaOH. Artinya bahwa semakin besar fraksi volume serat dengan susunan searah dan acak yang digunakan pada komposit maka semakin besar juga kekuatan tariknya atau dengan kata lain
komposit akan semakin kuat. Diagram
hubungan tegangan, regangan, modulus
terhadap fraksi volume diperlihatkan pada gambar 2 sampai 9. 0 200 400 600 800 1000 1200 Fraksi Volume (%) G aya M aks ( N ) Searah 20 Searah 30 Searah 40 20 30 40 0 100 200 300 400 500 600 700 1 Fraksi Volume (%) G aya M aks ( N ) Acak 20 Acak 30 Acak 40 20 3330 40 2 3
Gambar 2.dan 3 Diagram Hubungan Antara Gaya Tarik Maksimum Terhadap Fraksi Volume Serat Searah dan Serat Acak
0 5 10 15 20 25 T e g a n g a n M aks ( N /m 2) Searah 20 Searah 30 Searah 40 20 30 40 0 2 4 6 8 10 12 14 T e g a n g a n M aks ( N /m 2) Acak 20 Acak 30 Acak 40 20 30 40
Jurnal Saintech Vol. 02- No.03-September 2010
ISSN No. 2086-9681
Volume Serat Searah dan Serat acak
4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 Fraksi Volume (%) P e rp an ja n g a n M aks ( m m ) Searah 20 Searah 30 Searah 40 20 30 40 4.95 5 5.05 5.1 5.15 5.2 5.25 5.3 Fraksi Volume (%) P e rp an ja n g a n M aks ( m m ) Acak 20 Acak 30 Acak 40 20 30 40 6 7
Gambar .6.dan 7 Diagram Hubungan Antara Perpanjangan Maksimum Rata-Rata Terhadap Fraksi Volume Serat Searah dan Serat acak
0 50 100 150 200 250 300 350 Fraksi Volume (%) M odul us E la s ti s it a s ( N /m 2 ) Searah 20 Searah 30 Searah 40 20 30 40 0 50 100 150 200 250 Fraksi Volume (%) M odulus E la s tis it a s ( N /m 2 ) Acak 20 Acak 30 Acak 40 20 3 40 8 9
Gambar 8 dan 9. Diagram Hubungan Antara Modulus Elastisitas Maksimum Rata-Rata Terhadap Fraksi Volume Serat Searah dan serat acak
3.2 Kekuatan Lentur
Dari data hasil penelitiaan untuk uji lentur pada komposit hybrid serat acak dan searah yang divariasikan yaitu untuk komposit serat searah 20%, 30%, dan 40% diperoleh kekuatan lentur (UFS) rata-rata sebesar 22.61 N/m2 x106 dengan defleksi rata-rata 1.96 mm pada fraksi volume serat 20%, untuk fraksi volume 30% kekuatan lentur (UFS) rata-rata sebesar 36.15 N/m2x106 dengan defleksi rata-rata sebesar 5.70 mm, dan untuk fraksi volume serat 40% kekuatan lentur (UFS) sebesar 55.25 N/m2x 106dengan defleksi sebesar 7.16 mm.
Sedangkan untuk papan komposit serat acak diperoleh kekuatan lentur(UFS) rata-rata sebesar 19.38 N/m2x106 dengan defleksi rata-rata sebesar 1.43 mm, nilai ini terdapat pada serat acak dengan fraksi volume 20%, untuk fraksi volume 30% (UFS) rata-rata sebesar 25.50 N/m2x106dengan defleksi
rata-rata 1.93 mm dan fraksi volume 40% diperoleh kekuatan lentur (UFS) rata-rata sebesar 31.89 N/m2x 106dengan defleksi rata-rata 3.06 mm
Berdasarkan hasil data diatas diperoleh bahwa kekuatan lentur serat searah dan acak berbeda besar kekuatan lentur yang diperoleh dari tiap-tiap fraksi volume 20%, 30%, dan 40% sehingga disimpulkan pengaruh fraksi volume pada uji lentur fraksi volume 40% berpengaruh pada kekuatan lentur pada sampel yang diuji, nilai terbesar terdapat pada 40% daripada 20% dan 30%. Hal ini juga dapat diperkuat dari hasil statistik yang diperoleh dari rata-rata UFS (kekuatan lentur maksimum) serat acak dan searah. Grafik hubungan antara defleksi, kekuatan lentur terhadap fraksi volum serat diperlihatkan pada gambar 10 sampai 13.
Jurnal Saintech Vol. 02- No.03-September 2010
ISSN No. 2086-9681
0 1 2 3 4 5 6 7 8 Fraksi Volume (%) Def leksi M aks ( mm) Searah 20 Searah 30 Searah 40 2 30 40 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Fraksi Volume (%) Def leksi M aks ( mm) Acak 20 Acak 30 Acak 40 20 30 40 10 11Gambar .10 dan 11. Diagram Hubungan Antara Defleksi Maksimum Rata-Rata Terhadap Fraksi Volume Serat Searah dan serat Acak
0 10 20 30 40 50 60 Fraksi Volume (%) U F S (N /m 2 ) Searah 20 Searah 30 Searah 40 20 30 40 0 5 10 15 20 25 30 35 Fraksi Volum e (%) UF S ( N /m 2 ) Acak 20 Acak 30 Acak 40 20 30 40 12 13
Gambar .12. dan 13. Diagram Hubungan Antara kekuatan lentur Rata-Rata Terhadap Fraksi Volume Serat Searah
3.3. Kekuatan Impak
Dari data hasil penelitiaan untuk uji Impak pada komposit hybrid serat acak dan searah yang divariasikan yaitu untuk komposit serat acak 20%, 30%, dan 40% diperoleh kekuatan Impak (Is) maksimum rata-rata sebesar 2.53 kJ/m2pada fraksi volume serat 20%, untuk fraksi volume 30 % kekuatan impak (Is) maksimum rata-rata sebesar 3.86
kJ/m2 dan untuk fraksi volume serat 40 %
kekuatan Impak (Is) maksimum rata-rata sebesar 4.40 kJ/m2.
Sedangkan untuk papan komposit serat searah diperoleh kekuatan impak(Is) maksimum rata-rata sebesar 3.2 kJ/m 2nilai ini terdapat pada serat searah dengan fraksi volume 20%, untuk fraksi volume 30% kekuatan impak (Is) maksimum rata-rata
sebesar 7 kJ/m 2 dan fraksi volum 40%
kekuatan Impak pada komposit hibrid juga berpengaruh dengan adanya fraksi volume serat dan susunan serat, hanya saja pengaruhnya tidak terlalu besar tapi dapat dibedakan antara komposit serat acak dan serat searah yang terdapat pada papan komposit hibrid. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Fraksi Volume (%) Is M aks ( kJ/ m 2 ) Acak 20 Acak 30 Acak 40 20 30 40
Jurnal Saintech Vol. 02- No.03-September 2010
ISSN No. 2086-9681
IV. Kesimpulan
Dari analisa data sampel komposit hibrid serat ijuk dan serat sabut kelapa yang divariasikan berdasarkan fraksi volum 20%,30% dan 40% dengan susunan searah dan acak untuk pengujian kekuatan tarik maksimum, pengujian kekuatan lentur dan pengujian kekuatan impak disimpulkan bahwa :
1. Pengaruh fraksi volume serat ijuk dan serat sabut kelapa pada kekuatan tarik adalah fraksi volume 40% susunan serat acak dengan nilai tegangan maksimum rata-rat sebesar 12.62 x10 6
N/m2 dengan regangan sebesar 6.59% dan
serat susunan searah tegangan maksimum rata-rata sebesar 20.21x106N/m2dengan regangan sebesar 7.04% Hasil fraksi volume serat ijuk dan serat sabut kelapa pada kekuatan lentur adalah fraksi volum 40% serat searah dengan nilai 55.25 x106 N/m2 dengan defleksi 7.16 mm, sedangkan serat susunan acak 31.89x106 N/m2dengan defleksi 3.06.
2. Pengaruh fraksi volum serat ijuk dan serat
sabut kelapa pada pengujian impak juga terdapat dengan nilai kekuatan impak maksimum 10.53 kJ/m2pada fraksi volume 40 % serat searah, sedangkan susunan serat acak nilai maksimumnya 4.40 kJ/m2Dari hasil yang diperoleh bahwa susunan serat dan fraksi volume serat sangat mempengaruhi kekuatan maksimum uji tarik, uji lentur, dan uji impak. Maka dapat disimpulkan fraksi volume serat 40 % dengan susunan serat searah memiliki nilai terbesar dari fraksi volume 20 % dan 30 %.
Daftar Pustaka
Antonia Y. T, Agita O.R, Kharisna H. P, (2006), Komposit Laminat serat
woven Sebagai Bahan Alternatif Pengganti Fiber Glass Pada Kulit Kapal, Jurusan Teknik Materia,
ITSN, Surabaya
Bhatnagar,M.S, (2004),Polymer(Chemistry
and Technology of Polymers),
Penerbit S.Cand & Company LTD, New Delhi
Bukit, N., (1988), Beberapa Pengujian Sifat
Mekanik Dari Komposit Yang Dengan Serat Gelas, Skripsi, FMIPA,
USU, Medan.
Bukit Nurdin (2006) , Pengujian Sifat Mekanik
Komposit Resin Epoksi Dengan Serat Karung Model Anyam . PPD
Fourum Heads .
Bukit Nurdin , Ginting Eva M (2007) ,
Pengujian Sifat Mekanik Komposit dari Resin Epoksi yang diperkuat serat bambu tipe searah penelitian
Dosen muda Dikti
Bukit Nurdin,2006, Pengaruh radiasi sinar
gamma pada serat gelas sebagai bahan komposit pada pengujian kekuatan lentur maksimum, Jurnal
penelitian saintika Vol. 6 No. 2 September
Bellina Silvia ,Bukit Nurdin ,2009 “Pengaruh
fraksi volum serat ijuk dan serat kelapa sebagai bahan komposit terhadap sifat mekanik “, Laporan
tugas Akhir Fisika FMIPA UNIMED .
Egwaikhide,P.A,2007, Effect of coconut fibre
filler on the cure characteristics physico-mechical and swelling properties of natural rubber vulcanisates, Abraka, Delta State:http://www.acadeic
journals.org/IJPS
Hadi, B. K., (2000), Mekanika Struktur
Komposit, Penerbit Departemen
Pendidikan Nasional.
Hyer, M. W., (1998), Stress Analysis Of
Fiber-Reinforced Composite Materials,
Penerbit McGRaw-Hill, New York. Keyser, C. A., (1990), Material Science In
Enggineering, 4th Edition, Penerbit Charless E Merill Publishing Company, Ohio.
Pasaribu., R., (2006), Sifat Mekanik Komposit
Hibrid Serat Sabut Kelapa Dan Serat Gelas Dengan Matriks Epoksi,
Skripsi, FMIPA, UNIMED, Medan. Sitorus, J., (1996), Komposit Hibrid Serat
Panjang, Serat Gelas-Ijuk Dengan Matriks Polimer, Skripsi, FMIPA,
USU, Medan.
Surdia, T., (2000), Pengetahuan Bahan Teknik, Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta.
