DAFTAR ISI
Kata Pengantar
ii
Daftar Isi
iii
Makalah KNEP IV - 2013
iii
Grup Engineering Perhotelan
, 5 & # 6& 2 .$ &!#
"
/
3
/ 75& 5 869:
&; 8#: 2 #
0
Grup konversi energi
! 2 "(#1'
"$#-+&
/2
" # / 3-"'!
"# $ 1 #"(#-&
4/
1 <+= >#?%4 2 5 65 #" #1
47
3
$ ! ; 2 "8
22
@
, $ / 9; ,; A &5
89,A: 2 ''#1'!"
27
*
1 55 2
92
-
5 2 &&" (#"! &#"1!#1 "&!8
9:
)
,
& 81& 15 B: 3 !&!#"
1
0:
C
/ & 2 .&
;7
B
#$-
# > ( , ( F /5 & 5
# >&2% 2 "#=#-!&&
042
#$)
9 ( 5 (+ 2 '''"#'$
04:
#$C 2 ' #=#' !$020
#$! 5 ! ( # .
!8#
"''$092
#$
, & 5 2 "#' #
$ !
09:
Grup Bidang Umum
(%
/ , # $ ( & !
& 2 '!"5
000
(%
# 5 % / (; #
2 , !'%$"!&'$
0;/
(%
! 5B 5 8#>:
! 2 '$
'#'''"
0;0
(%3 ! ; ! ?' '07/
(%@! $ , > $ 2
'' "$
077
Jadwal Lengkap KNEP IV - 2013
@
Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013
535
Karakteristik sifat tarik dan mode patahan komposit polimer
dengan penguat serat sabut kelapa
I Made Astika, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Gusti Komang Dwijana
1)
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali 80362
imdastika@yahoo.com
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume dan panjang serat terhadap karakteristik sifat tarik komposit polyester yang diperkuat dengan serat sabut kelapa dan pengamatan mode patahannya dengan foto mikro. Pada penelitian ini, komposit dibuat dengan memanfaatkan serat sabut kelapa dan matriks resin Unsaturated-Polyester (UPRs) jenis Yucalac 157 BQTN, campuran 1 % hardener jenis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Peroxide) dan perendaman serat dalam larutan alkali NaOH. Metode produksi yang digunakan adalah press hand lay up dengan orientasi serat acak. Desain komposit dengan variasi fraksi volume serat 20, 25 dan 30%, dan panjang serat 5, 10 dan 15 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar fraksi volume dan panjang serat dalam komposit maka kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas semakin tinggi. Mode patahan yang teramati adalah patah getas, debonding, pullout dan crack deflection.
Kata kunci: komposit, sabut kelapa, sifat tarik, mode patahan
1. Pendahuluan
1.1 Latar belakangSebagai negara kepulauan serta kondisi argoklimat yang mendukung Indonesia merupakan penghasil kelapa utama di dunia. Kelapa merupakan tanaman perkebunan dengan areal terluas, lebih luas dibandingkan dengan tanaman karet dan kelapa sawit dan menempati urutan teratas untuk tanaman budidaya setelah padi. Kelapa menempati areal seluas 3,70 juta ha atau 26% dari 14,20 juta ha total areal perkebunan di Indonesia [1]. Selain daging buahnya, bagian lain dari kelapa juga memiliki nilai ekonomis seperti tempurung, batang pohon dan daun kelapa, tetapi sabut kelapa (coco fiber) kurang mendapat perhatian.
Sabut kelapa hampir mencapai 1,7 juta ton dari hasil produksi buah kelapa sekitar 5,6 juta ton pertahun [2]. Potensi limbah sabut kelapa yang begitu besar belum dimanfaatkan sepenuhnya untuk kegiatan produksi yang mempunyai nilai tambah ekonomis. Dengan tidak adanya pemanfaatan yang optimal, limbah ini hanya akan menimbulkan masalah lingkungan.
Sabut kelapa mengandung serat yang merupakan material serat alami alternatif dalam pembuatan komposit. Serat kelapa ini mulai dilirik penggunannya karena selain mudah didapat, murah, dapat mengurangi polusi lingkungan (biodegradability) sehingga penggunaan sabut kelapa sebagai serat dalam komposit akan mampu mengatasi permasalahan lingkungan yang mungkin timbul dari banyaknya sabut kelapa yang tidak dimanfaatkan. Komposit ini ramah lingkungan serta tidak membahayakan kesehatan sehingga pemanfaatannya terus dikembangkan agar dihasilkan komposit yang lebih sempurna dan lebih berguna [3]
Komposit serat sabut kelapa dapat dibuat dengan berbagai ukuran dan ketebalan sesuai dengan kebutuhan. Proses pembuatan menggunakan teknologi sederhana sehingga produk yang dihasilkan lebih murah, ramah lingkungan dan memiliki sifat mekanis yang baik sehingga bisa digunakan sebagai penggati bahan lain yang lebih mahal.
1.2 Tinjauan pustaka Serat Alami
Serat alami (natural fiber) merupakan serat yang bersumber langsung dari alam (bukan merupakan buatan atau rekayasa manusia). Serat alami biasanya didapat dari serat tumbuhan seperti serat bambu, serat pohon pisang serat nanas dan lain sebagainya. Biasanya sebelum digunakan untuk bahan serat pada komposit, serat alami mendapat perlakuan terlebih dahulu dengan menggunakan cairan kimia seperti NaOH. Perlakuan alkali serat (NaOH 5%) berpengaruh secara signifikan terhadap kekuatan dan modulus tarik komposit serat kenaf acak - polyester. Kekuatan dan modulus tarik tertinggi diperoleh untuk komposit dengan perlakuan alkali serat selama 2 jam [4]. Hal ini bertujuan untuk mengurangi kadar air dan wax (lapisan minyak) dalam serat dan mengakibatkan permukaan lebih kasar sehingga akan meningkatkan ikatan dengan matrik yang digunakan.
Prosiding KNEP IV 2013
•
ISSN 2338 - 414X
536
Penggunaan serat alami sudah merambah ke berbagai bidang kehidupan manusia. Layaknya serat buatan, serat alami juga mampu digunakan dalam aspek yang biasanya menggunakan serat buatan hanya saja dalam penggunaanya terdapat modifikasi untuk menyesuaikan dengan sifat-sifat dasar dari serat alami.
Serat Sabut Kelapa
Serat sabut kelapa adalah material natural fibre alternatif dalam pembuatan komposit, yang pemanfaatannya terus dikembangkan agar dihasilkan komposit yang lebih sempurna dikemudian hari. Serat kelapa ini mulai dilirik penggunannya karena selain mudah didapat, murah, dapat mengurangi polusi lingkungan (biodegradability) sehingga komposit ini mampu mengatasi permasalahan lingkungan yang mungkin timbul dari banyaknya serat kelapa yang tidak dimanfaatkan, serta tidak membahayakan kesehatan. Pengembangan serat kelapa sebagai material komposit ini sangat dimaklumi mengingat dari segi ketersediaan bahan baku serat alam khususnya serat kelapa, Indonesia memiliki ketersediaan bahan baku yang cukup melimpah. Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) banyak terdapat di daerah beriklim tropis. Pohon kelapa diperkirakan dapat ditemukan di lebih dari 80 negara. Indonesia merupakan negara agraris yang menempati posisi ketiga setelah Pilipina dan India, sebagai penghasil kelapa terbesar di dunia. Pohon ini merupakan tanaman yang sangat produktif, dimana dari daun hingga akarnya dapat diolah menjadi produk teknologi maupun bahan bangunan atau keperluan sehari-hari sehingga pohon kelapa dijuluki sebagai The Tree of Life (pohon kehidupan) dan A Heavenly Tree (pohon surga) [6].
Gambar 1. Sabut Kelapa Gambar 2. Serat Sabut Kelapa
Uji Tarik (Tensile Test)
Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan data kekuatan tarik, regangan tarik dan modulus elastisitas dari material. Pengujian ini mengikuti standar ASTM-D3039. Data yang diperoleh dari pengujian ini dinyatakan dalam grafik tegangan regangan (stress-strain)
Tegangan tarik:
0
A P
t =
s
(1)
(
)
0 0 0 l A l l P s ´ + D ´ =s
(2)Keterangan :
Ao = Luas Penampang Benda Uji (mm2) σt = Kekuatan Tarik Teknik (MPa)
σs = Kekuatan Tarik Sebenarnya (MPa) P = Beban yang diterima (N)
Regangan tarik:
%
100
)
(
0 0 0´
-=
D
=
l
l
l
l
l
i te
(3)%
100
)
(
ln
ln
0 0 0´
ú
û
ù
ê
ë
é
+
D
=
=
l
l
l
L
L
se
(4)Keterangan :
εt = Regangan Teknik (%) εs = Regangan Sebenarnya (%)
l0 = Panjang ukur sebelum Pengujian (mm) l1 = Panjang ukur setelah pengujian (mm)
Modulus elastisitas:
Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013
537
e
s
=
E
(5)Keterangan :
E = Modulus elastisitas benda (MPa) σ = Tegangan tarik di daerah elastis (MPa) ε = Regangan di daerah elastis
2. Metode
Material benda uji
Benda uji pada penelitian ini adalah komposit polimer dengan penguat serat sabut kelapa. Variasi fraksi volume serat adalah 20, 25 dan 30 % dan variasi panjang serat 5, 10 dan 15 mm.
Spesimen Uji Tarik
Bentuk spesimen uji tarik mengacu pada ASTM D 3039
Gambar 3. Dimensi Spesimen Uji Tarik Sumber: [7]
Langkah-langkah penelitian
Langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada gambar 4.
Prosiding KNEP IV 2013
•
ISSN 2338 - 414X
538
3. Hasil dan pembahasan
Data hasil penelitian disajikan dalam bentuk grafik sebagai berikut:
Gambar 5. Grafik hubungan fraksi volume serat, panjang serat dan kekuatan tarik
Gambar 6. Grafik hubungan fraksi volume serat, panjang serat dan regangan tarik maksimum
Gambar 7. Grafik hubungan fraksi volume serat, panjang serat dan modulus elastisitas
0
10
20
30
40
50
60
70
20
25
30
K
e
ku
a
ta
n
T
a
ri
k
(M
P
a
)
Fraksi Volume Serat (%)
Panjang serat 5 mm
Panjang serat 10 mm
Panjang serat 15 mm
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
20
25
30
R
e
g
a
n
g
a
n
T
a
ri
k
M
a
x
(%
)
Fraksi Volume Serat (%)
Panjang serat 5 mm
Panjang serat 10 mm
Panjang serat 15 mm
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
20
25
30
M
od
u
lu
s
E
la
st
isi
ta
s
(GP
a
)
Fraksi Volume Serat (%)
Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013
539
Gambar 8. Foto mikro patahan (fraksi volume 20%, panjang serat 5, 10 dan 15 mm)Prosiding KNEP IV 2013
•
ISSN 2338 - 414X
540
Gambar 10. Foto mikro patahan (fraksi volume 30%, panjang serat 5, 10 dan 15 mm)
Pembahasan
Hubungan antara panjang serat dan fraksi volume serat dengan kekuatan tarik komposit serat sabut
kelapa disajikan pada gambar 5. Dari grafik tersebut terlihat kekuatan tarik yang semakit meningkat seiring
dengan bertambahnya fraksi volume dan panjang serat yang digunakan dalam komposit. Peningkatan kekuatan
tarik ini disebabkan karena dengan jumlah serat yang semakin banyak maka penguat dalam komposit tersebut
akan semakin besar sehingga akan dapat menerima beban tarik yang semakin besar pula. Demikian juga dengan
serat yang semakin panjang maka ikatan antara matrik dan serat semakin banyak sehingga yang pada akhirnya
dapat meningkatkan kekuatan tarik dari komposit tersebut.
Berdasarkan gambar 6 dapat dilihat hubungan antara panjang serat dan fraksi volume serat dengan
regangan tarik mengalami peningkatan, dimana semakin panjang serat dan semakin besar fraksi volume serat
yang digunakan, maka regangan tarik semakain besar. Hal ini disebabkan karena dengan semakin banyak serat
dan semakin panjang serat yang digunakan dalam komposit maka ikatan antara matrik dan serat akan semakin
banyak sehingga tidak memungkinkan terjadinya gerakan rotasi, Gerakan yang terjadi adalah peregangan pada
saat deformasi dimana kondisi ani akan menyebabkan regangan tarik menjadi semakin tinggi
Pada gambar 7 dapat dilihat bahwa panjang serat dan fraksi volume serat memberikan dampak yang
signifikan terhadap modulus elastisitas komposit. Dari grafik terlihat adanya peningkatan modulus elastisitas,
dimana semakin tinggi fraksi volume dan panjang serat, semakin tinggi pula modulus elastisitasnya. Peningkatan
Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013
541
maka regangan serat dapat mengimbangi regangan matrik sehingga luas daerah elastis menjadi semakin besaryang pada akhirnya meningkatkan modulus elastisitas bahan tersebut.
Gambar 8 menunjukkan patahan dari spesimen uji tarik komposit pada fraksi volume 20% dengan
panjang serat masing-masing 5, 10 dan 15mm. Terlihat bahwa patahan yang terjadi lebih dikarenakan adanya
matrik flow yang disebabkan tidak adanya serat di daerah matrik sehingga menyebabkan komposit menjadi rapuh dan mudah patah pada saat menerim beban.
Tidak adanya serat pada matrik tersebut mungkin diakibatkan karena kurang banyaknya serat yang digunakan,
sehingga pada saat pencetakan matrik dan serat berkumpul secara terpisah, sehingga ruang kosong tanpa ikatan
matrik dan serat masih banyak ditemui. Sedangkan sumber patahannya terlihat disebabkan karena adanya crack deflection, disebabkan karena posisi serat pada permukaan patahan miring mengikuti daerah patahan yang
mengakibatkan retakan akan mengikuti alur dari posisi serat yang miring.
Gambar 9 menunjukkan patahan dari spesimen uji tarik komposit pada fraksi volume 25%. Pada gambar
tersebut menunjukkan patahan masih lebih disebabkan karena adanya matrik flow . Mode patahan yang teramati adalah pullout yang diakibatkan karena ikatan antara serat dengan matriks tidak kuat, sehingga serat terlepas
dari ikatan matrik, the bonding terjadi karena terlepasnya serat dari matrik yang menyebabkan terbentuknya lubang pada matrik,dan overload yaitu putusnya serat yang diakibatkan karena batas kekuatan serat dan ikatan yang kuat antara serat dan matrik. Pada variasi ini terlihat patahan komposit yang rata pada permukaannya
dengan adanya sedikit serabut-serabut serat.
Sedangkan pada gambar 10 menunjukkan adanya crack deflection, the bonding, pullout dan overload
secara merata di seluruh bagian patahan, sedangkan matrik flow yang dominan mengakibatkan kekuatan
tariknya rendah sudah sangat sedikit terlihat.
Simpulan
1. Semakin panjang serat serta semakin besar fraksi volume serat maka kekuatan tarik, regangan tarik dan
modulus elastisitas semakin tinggi.
2. Mode patahan yang teramati dari foto mikro adalah patah getas, debonding, pullout dan crack deflection.
Ucapan terima kasih
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Rektor dan LPPM Universitas Udayana yang telah membiayai penelitian ini melalui dana BOPTN Universitas Udayana dengan Surat Perjanjian Penugasan Penelitian No: 175A.10/UN14.2/PNL.01.03.00/2013, tanggal 16 mei 2013
Daftar pustaka
[1] Brahmakumar, M., Pavithran, C., and Pillai, R.M.(2005) Coconut fiber reinforced polyethylene composites such as effect of natural waxy surface layer of the fiber on fiber or matrix interfacial bonding and strength of composites, Elsevier , Composite Science and Technology, 65 pp. 563-569 [2] Budisuari, 2007 halaman 2-3 [www.halamansatu.net] (Diakses tanggal 12-10-1012)
[3] Dwiprasetio, 2010 [http://www.dwiprasetio87.co.cc/2010_03_01_archive.html] (Diakses tanggal 12-10-1012) [4] Jamasri, Diharjo, K, Handiko, G. W. (2005), Studi Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik Komposit
Limbah Serat Sawit – Polyester, Prosiding SNTTM IV, Universitas Udayana, Bali.
[5] Oksman, K., Skrifvars, M., Selin, J-F., (2003), Natural Fiber as Reinforcement in Polylactic Acid (PLA) Composites, Composites Science and Technology 63, Sciencedirect.com, 1317-1324.
[6] Satyanarayana, K. G., dkk (1982), Structure Property Studies of Fibres From Various Parts of The Coconut Tree. Journal of Material Science 17, India.
![Gambar 3. Dimensi Spesimen Uji Tarik Sumber: [7]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/676266.277381/6.595.183.414.379.757/gambar-dimensi-spesimen-uji-tarik-sumber.webp)
