ANALISIS VARIASI KETEBALAN CORE KOMPOSIT SANDWICH SERBUK LIMBAH TEMPURUNG KELAPA
TERHADAP SIFAT MEKANIK
Achmad Nurhidayat*
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Surakarta, Indonesia Jl. Raya Palur Km. 5, Surakarta
*Email: [email protected]
ABSTRAK
Tempurung/batok kelapa merupakan jenis limbah yang produktivitasnya cukup banyak, namun secara nilai ekonomis belum banyak termanfaatkan. Sampai saat ini penggunaanya baru berkisar pada unsur seni/hiasan, bahan bakar pengganti kayu atau bahkan dibuang saja sebagai sampah yang tidak bisa dimanfaatkan lagi, sehingga memicu polusi lingkungan. Keunggulan yang dimiliki oleh tempurung kelapa mudah didapat, ramah lingkungan, tidak beracun, harga murah dan memiliki tingkat kekerasan yang cukup baik. Berbagai kajian potensi limbah tempurung kelapa tengah dioptimalkan sebagai bahan komposit, sehingga mempunyai nilai ekonomi yang lebih baik.
Tujuan penelitian ini mengkaji tentang variasi ketebalan core komposit sandwich serbuk limbah tempurung kelapa terhadap kekuatan bending dan ketangguhan impaknya. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen destruktif dengan variasi ukuran tebal core komposit tempurung kelapa-resin sebagai variabel bebas (independent), kekuatan mekanik sebagai variabel terikat (dependent) dan resin BQTN 157 sebagai variasi kontrol. Tahap pengujian untuk mengetahui kekuatan bending mengacu pada ASTM D-6272 dengan metode four pont bending dengan dimensi spesimen panjang 127 mm, lebar 12,7 mm dan variasi tebal core, sedangkan untuk pengujian impact izod mengacu pada ASTM D-5941 dengan dimensi spesimen panjang 80 mm, lebar 10 mm dan tebal yang divariasikan. Hasil kajian penelitian ini, diketahui bahwa kekuatan bending komposit serbuk limbah tempurung kelapa dengan tebal core 2 mm sebesar 46,14 MPa, sedangkan untuk ketangguhan impak dengan tebal core 6 mm dengan nilai 3885,21 (kJ/m²). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa semakin tebal core komposit serbuk tempurung kelapa limbah dapat menurunkan nilai kekuatan bending sebesar 3,8%, sedangkan semakin tebal core komposit dapat meningkatkan nilai ketangguhan impak sebesar 6,27%.
Kata kunci : komposit, core, tempurung kelapa, mekanik
ABSTRACT
Coconut shell/shell is a type of waste whose productivity is quite a lot, but in terms of economic value it has not been widely utilized. Until now, its use has only revolved around elements of art/decoration, fuel substitutes for wood or even just thrown away as garbage that cannot be used anymore, thus triggering environmental pollution. The advantages possessed by coconut shells are easy to obtain, environmentally friendly, non-toxic, low prices and have a fairly good level of hardness. Various studies on the potential of coconut shell waste are being optimized as a composite material, so that it has better economic value. The purpose of this study is to examine the variation of the thickness of the composite core sandwich coconut shell powder on the bending strength and impact toughness. The research was conducted using a destructive experimental method with variations in the thickness of the coconut shell-resin composite core as the independent variable, mechanical strength as the dependent variable and BQTN 157 resin as the control variation. The testing phase to determine the bending strength refers to ASTM D-6272 with the four pont bending method with a specimen dimension of 127 mm long, 12.7 mm wide and a variation of core thickness, while the impact izod test refers to ASTM D-5941 with a specimen dimension of 80 long. mm, 10 mm wide and various thicknesses. The results of this research study, it is known that the bending strength of the coconut shell waste powder composite with a core
thickness of 2 mm is 46.14 MPa, while the impact toughness with a core thickness of 6 mm has a value of 3885.21 (kJ/m²). The results of this study indicate that the thicker the composite core of waste coconut shell powder can reduce the bending strength value by 3.8%, while the thicker the composite core can increase the impact toughness value by 6.27%..
Key words: composite, core, coconut shell, mechanic
1.
PENDAHULUANPerkembangan teknologi manufaktur dan produksi mengakibatkan perlunya kualitas dan kuantitas penelitian pada segala bidang utamanya tentang material/bahan. Dasar kemajuan teknologi diindikasikan meningkatnya kebutuhan material baru dan terbarukan guna menunjang bidang industri [1]. Sumber bahan material tersebut diutamakan bahan limbah yang mudah didapat, murah serta mempunyai karakteristik mekanik yang baik tanpa menghilangkan nilai kebutuhan mekanik dan fisik luarannya, salah satunya adalah limbah tempurung kelapa.
Tempurung kelapa merupakan jenis limbah yang dihasilkan dari bagian buah kelapa setelah diambil daging kelapanya. Produktivitas tempurung kelapa cukup banyak namun secara nilai ekonomis belum banyak termanfaatkan. Sampai saat ini penggunaanya berkisar pada unsur seni/hiasan, bahan bakar pengganti kayu atau bahkan dibuang saja sebagai sampah yang tidak bisa dimanfaatkan lagi, sehingga memicu polusi lingkungan.
Keunggulan lain yang dimiliki oleh tempurung kelapa mudah didapat, ramah lingkungan, tidak beracun, harga murah dan memiliki tingkat kekerasan yang cukup baik. Berbagai pertimbangan tersebut potensi limbah tempurung kelapa dioptimalkan sebagai bahan komposit, sehingga mempunyai nilai ekonomi yang lebih, dari proses hingga penggunaanya [1].
Sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan untuk menerima beban/energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan tersebut. Salah satu yang mempengaruhi sifat mekanik suatu material adalah faktor dimensi ketebalan [2]. Seringkali apabila suatu bahan komposit mempunyai sifat mekanik yang kurang baik, maka diambil langkah untuk mengatasi kekurangan tersebut dengan penambahan elemen penguat.
Salah satunya adalah mikro karbon aktif tempurung kelapa yang diperkuat dengan resin polyester [3]. Pentingnya penelitian ini untuk mengetahui variasi ketebalan core komposit sandwich serbuk tempurung kelapa limbah terhadap sifat mekanik kekuatan bending dan impak.
Fraksi volume, suhu sintering, tekanan sintering, waktu sintering adalah faktor yang mempengaruhi karakteristik komposit Serat Cantula-HDPE limbah dan komposisi campuran 40%: 60% mampu menghasilkan kekuatan bending serta ketangguhan impak yang lebih tinggi [4]. Penelitian tentang tebal core komposit serat Cantula-HDPE limbah diketahui bahwa semakin tebal core maka nilai ketangguhan impaknya semakin tinggi.
Hal ini lebih disebabkan dengan meningkatnya ketebalan core, akan diikuti ikatan interface antara filler dan matrik, sehingga komposit lebih mampu menahan ketangguhan impak yang tinggi [2].
Berat dan tebal tempurung kelapa sangat ditentukan oleh jenis tanaman kelapa.
Tempurung kelapa beratnya sekitar 15-19% bobot buah kelapa dengan ketebalan 3-5 mm.
Komposisi kimia tempurung kelapa terdiri atas selulosa (26%), pentosan (27%), lignin (29%), abu (0,60%), solvent ekstraktif (4%), uronat anhidrat (3%), nitrogen (0,11%) dan air (8%) [5].
Komposit dengan filler serbuk tempurung kelapa dengan ukuran butir serbuk mesh 100 mampu menghasilkan kekuatan impact sebesar 6083,47 J/cm2. Meningkatnya ketangguhan impak ini karena adanya fleksibilitas jaringan antar fasa yang baik antara
matriks dengan pengisi (filler) sehingga dengan meningkatnya kandungan bahan pengisi maka bahan komposit akan menyerap energi benturan yang lebih tinggi [6].
2.
BAHAN DAN METODEBahan penelitian yang dipakai terdiri serbuk limbah tempurung kelapa, resin BQTN 157, miror glasewax/FRP Wax sedangkan peralatan yang dipakai, gelas ukur, pengaduk, oven listrik, Moisture Wood Meter, Mixer, cetakan kaca, mistar, Alat uji UTM (Universal Testing Machine) dan mesin uji impact izod.
Penelitian ini dilakukan menggunakan metode eksperimen destruktif dengan variasi ukuran tebal core komposit tempurung kelapa-resin sebagai variabel bebas (independent), kekuatan mekanik sebagai variabel terikat (dependent) dan resin BQTN 157 sebagai variasi kontrol, sedangkan pemilihan sempel dilakukan dengan cara pengambilan acak [7].
Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan data penelitian berdasarkan variasi tebal komposit serbuk tempurung kelapa limbah sebagai berikut:
1. Penyiapan serbuk tempurung kelapa limbah
Serbuk limbah tempurung kelapa di crashing menggunakan mesin crusher, selanjutnya disaring lolos mesh 40 tertahan di mesh 60. Hasil serbuk di oven pada temperatur 110 °C selama 45 menit untuk menyisakan kadar air 4% [4].
2. Proses pencampuran dan pembuatan spesimen
Mengoleskan pelumas anti lengkat mirror glass pada cetakan kaca untuk memudahkan pengangkatan komposit dari cetakan setelah proses pengeringan. Serbuk tempurung kelapa yang sudah di oven dimasukkan ke dalam gelas plastik kemudian dicampur dengan perbandingan 60% resin dan 40% serbuk limbah tempurung kelapa, selanjutnya diaduk 100 kali pengadukan/sampai campuran homogen, kemudian penambahan katalis MEPOXE 1%, [5]. Setelah penambahan dilakukan pengadukan secara kontinyu selama 60 kali pengadukan/sampai campuran homogen [6]. Kemudian campuran adonan tersebut dituang ke dalam cetakan yang telah disiapkan sampai tebal yang diinginkan (2mm-6mm), lalu diratakan dengan pengaduk atau tusuk gigi untuk mengurangi gelembung udara yang terjebak. Langkah terakhir ditutup menggunakan kaca yang sudah dilapisi astrolom serta dilapisi mirror glass terlebih dahulu, dan diberikan beban 100 N, [7]. Proses pengeringan dilakukan pada suhu ruang antara 30
oC - 32 oC selama 6 - 8 jam hingga komposit mengering, [7]. Proses pengambilan komposit dari cetakan kaca dengan alat bantu pisau/skrap dan hasil cetakan siap untuk dipotong menjadi spesimen benda uji sesuai dengan ASTM.
3. Tahap Pengujian.
a. Pengujian bending (ASTM D-6272)[11]
Gambar 1. Skema dan dimensi spesimen bending
Menggunakan pengujian lentur (bending) mengacu ASTM D-6272 dengan metode four point bending. Bagian atas spesimen akan mengalami tegangan tekan dan pada bagian bawah akan mengalami tegangan tarik. Dimensi spesimen panjang 127 mm, lebar 12,7 ± 0,2 mm, tebal lebar 3,2 ± 0,2 mm dan divariasikan, seperti terlihat pada gambar 1.
b. Pengujian kekuatan impact (ASTM D-5941)[12]
Gambar 2. Skema sudut dan dimensi spesimen impak
Pengujian impact izod menggunakanASTM D-5941. Dimensi spesimen berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang 80 ± 0,2 mm, lebar 10 ± 0,2 mm, tebal 4,0 ± 0,2 mm dan divariasikan seperti terlihat pada gambar 2.
4. Foto SEM (Scanning Electron Micrscope) patahan spesimen, untuk membantu menganalisa dan mengetahui morfologi ikatan struktur antara penguat dengan matrik komposit.
3.
HASIL DAN PEMBAHASANGrafik hasil pengujian bending menggunakan UTM (Universal Testing Machine) dengan metode four point bending ditunjukan pada gambar 3.
Gambar 3. Grafik kekuatan tegangan bending
Hasil yang didapat menunjukkan bahwa semakin tebal komposit maka semakin menurunkan sifat kelenturannya, sehingga nilai tertinggi dimiliki pada tebal komposit 2 mm sebesar 46,14 MPa dan nilai terendah pada tebal 6 mm sebesar 39,85 MPa.
Meningkatnya ketebalan core berakibat menurunkan ikatan interface antara serbuk tempurung kelapa dengan matrik dan berakibat komposit kurang mampu menahan kekuatan bending.
Sebagaimana gambar 4, yaitu foto makro terhadap spesimen pasca pengujian impak dapat diketahui bahwa ikatan antar muka (debonding) akan menimbulkan microcracks yang berpotensi mempengaruhi ukuran pori-pori komposit semakin besar dan banyak.
Gambar 4. Foto makro spesimen dengan ketebalan 2,3,4,5,6 mm
Hal ini akan menyebabkan energi yang diserap spesimen uji semakin sedikit, sehingga kekuatan bending komposit menurun bahkan terjadi deformasi plastis. Sejalan dengan penelitian yang dilakukan oleh Panuti [13], bahwa menurunnya kekuatan bending dikarenakan dimensi komposit yang semakin besar.
Pengujian impak pada gambar 5 menunjukkan bahwa semakin tebal core komposit, maka nilai ketangguhan impak meningkat.
Gambar 5. Grafik ketangguhan impak
Nilai maksimal berada pada ketebalan 6 mm sebesar 3885,21 kJ/m², sedangkan yang terendah adalah tebal komposit 2 mm sebesar 2997,12 kJ/m². Meningkatnya ketebalan core berakibat meningkatkan ikatan interface antara serat dengan matrik dan berakibat komposit lebih mampu menahan ketangguhan impak lebih tinggi, sejalan penelitian Nurhidayat [2], bahwa semakin tebal core, maka nilai ketangguhan impaknya semakin tinggi.
Hasil foto SEM patahan uji impak, menunjang analisa mekanik. Pada gambar 6 dapat diketahui bahwa terhadap ketebalan 2 mm komposit serbuk limbah tempurung kelapa terjadi kerusakan patahan getas serta jumlahnya lebih sedikit.
Gambar 6. Hasil foto SEM tebal 2 mm
Menunjukan bahwa ikatan antara serbuk dengan matrik kurang baik dan lebih dikarenakan dampak dimensi ketebalan yang berakibat jumlah matrik dan penguat/serbuk lebih sedikit.
Pada gambar 7, tebal komposit 6 mm terjadi kerusakan patahan yang ulet lebih serta banyak.
Gambar 7. Hasil foto SEM tebal 6 mm
Hal ini lebih dikarenakan dengan meningkatnya ketebalan komposit, berakibat bertambahnya jumlah matrik dan penguat/serbuk sehingga berdampak meningkatkan ketangguhan ikatan antara penguat/serbuk dengan matrik lebih tinggi.
4.
KESIMPULANHasil penelitian ini diketahui bahwa semakin tebal komposit serbuk tempurung kelapa limbah dapat menurunkan nilai kekuatan bending rata-rata 3,8% dan semakin tebal komposit serbuk tempurung kelapa limbah dapat meningkatkan nilai ketangguhan impak sebesar 6,27%.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Alamsah, “Analisis Sifat Mekanis Komposit Core Serbuk Kayu Jati Bermatrik Lem Fox (Lem Putih PVAc) Dilapisi Mowilex Dengan Variasi Fraksi Berat 20%, 30% dan 40%”, Tugas Akhir, Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2010.
[2] A. Nurhidayat, “Pengaruh Ketebalan Core Terhadap Sifat Mekanik Komposit Sandwich Cantula-HDPE Daur Ulang Sebagai Bahan Penutup Lantai Ramah Lingkungan”, Prosiding SNATIF Ke-3, Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus.
pp, 159-166, 2016.
[3] F.G. Putra, dkk., “Pengaruh Variasi Berat Filler Karbon Aktif Tempurung Kelapa Terhadap Struktur Dan Kekuatan Tarik Komposit” Tugas Akhir, Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2016.
[4] A. Nurhidayat, “Pengaruh Fraksi Volume Pada Pembuatan Komposit HDPE Limbah-Cantula dan Bebagai Jenis Perekat Dalam Pembuatan Laminate”, Tesis, Teknik Mesin FT UNS, Surakarta, 2013.
[5] I. Syauqiah, dkk. “ Analisis Variasi Waktu Dan Kecepatan Pengaduk Pada Proses Adsorpsi Limbah Logam Berat Dengan Arang Aktif, Info Teknik, Volume 12, No. 1, pp.11-20. Juli, 2011
[6] F.I. Sijabat, dkk. “Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa Sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik Dan Penyerapan Air”, Jurnal Teknik Kimia USU, Vol. 2, No. 4, 2013.
[7] E. Mulyatiningsih. “Metodologi Penelitian Terapan”. Yogyakarta: Alfabeta, 2013.
[8] F. Rusmiyatno, “Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan Tarik Dan Kekuatan Bending Komposit Nylon/Epoxy Resin Serat Pendek Random”. Skripsi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang. 2007.
[9] F.D. Winarno, “Pengaruh Termal Siklik Komposit Matrik Polyester Dengan Aditif Partikel Montmorillonite Berpenguat Serat Sabut Kelapa” Rotor, Universitas Jember, 2015.
[10] Y. Bate, dkk. “Pengaruh Panjang Serat dan Fraksi Volume terhadap Sifat Bending pada Komposit Widuri” Polyester Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknik, UNDANA. 2015.
[11] ASTM D-6272, Standart Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reiforced Plastics Insulating Materials By Four-Point Bending.
[12] ASTM D-5941-96, Standart Test Method for Density and Spesific Gravity Relative Density) of Plastics by Displacement.
[13] W.Y. Panuti dkk, “Pengaruh Variasi Ketebalan Core Terhadap Karakteristik Bending Komposit Sandiwch Serat Cantula Dengan Core Honeycomb Kardus Tipe Kombinasi C-Flute Dan A-Flute”. Jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan, FKIP, UNS. 2014.
