PENGARUH BESAR BUNGKIL BIJI JARAK PAGAR SEBAGAI
F ILLER
PADA KOMPOSIT POLIMER
POLYPROPYLENE
TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN KEJUT
Adhes Gamayel
1dan Adi Winarta
2Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Jakarta 1 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bali 2
Email: adhes.gamayel@gmail.com
Abstrak: Plastik memiliki kelebihan dibanding dengan material lain yaitu mampu cetak dengan
baik, ringan, mudah didapat dan harganya murah. Agar didapatkan kekuatan plastik yang tinggi, dalam proses pembuatannya perlu ditambahkan pengisi (filler) sebagai penguat. Material yang terdiri dari penguat yang diikat dengan polimer disebut dengan material komposit. Pengisi (filler) yang ditambahkan ke dalam polimer bertujuan untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya.
Pohon jarak yang dewasa ini semakin gencar ditanam misalnya untuk pembuatan biodiesel, dll., banyak menyisakan bungkil yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan penguat komposit polimer. Selain itu juga kandungan dari bungkil jarak yang mengandung lignin sebagai bahan penguat. Pada pengujian komposit polimer bungkil jarak didapat bahwa prosentase bungkil jarak dan besar ukuran filler akan berpengaruh pada kekuatan mekanik suatu komposit polimer.
Kata kunci: filler, komposit, polimer, jarak pagar.
Abstract: Plastic has advantages being apposed to other materials for its precise molding ability,
lightness, accessibility, as well as cheapness. However, it needs filler as reinforcement during its process in order to produce stronger plastic. The materials consisting of reinforcement bound with polymer is called composite material. The filler added into polymer function to increase its mechanical strenght.
Jatropha curcas (jarak pagar) which is more intensively grown recently for bio diesel purpose and others leave oilcake that can be used as polymer composite reinforcement material. The test on jatropha curcas oilcake polymer composite showed that oilcake percentage and its filler size will affect mechanical strenght of polymer composite.
Keyword: filler,composite, polymer, jatropha curcas.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Penggunaan bahan plastik di masyarakat saat ini sangat banyak. Agar didapatkan kekuatan plastik yang tinggi, dalam proses pembuatannya perlu ditambahkan pengisi
(filler) sebagai penguat. Penguat tersebut
dapat berupa serbuk atau serat. Material yang terdiri dari penguat yang diikat dengan polimer disebut dengan material komposit. Pengisi (filler) yang ditambahkan ke dalam polimer bertujuan untuk meningkatkan kekuatan mekanik seperti kekuatan kejut
(impact), kekuatan tarik (tensile strength),
kekuatan tekan, kekerasan, dan lain - lain. Penambahan serbuk pada pembuatan komposit dapat mempengaruhi sifat komposit terutama sifat kimia, sifat mekanik dan sifat fisik.
Proses ekstraksi biji jarak menghasilkan produk berupa minyak dan bungkil. Bungkil biji jarak pagar dimanfaatkan sebagai pakan ternak dan bahan pupuk. Bungkil biji jarak
pagar memiliki kadar serat sebesar 35,95% dan lignin sebesar 24,61% yang di dalamnya terkandung bahan lignoselulosa yang terdiri dari serat – serat selulosa yang diselimuti matrik. Bahan lignoselulosa adalah penyusun bahan dengan sifat kaku dan kuat.
Berdasarkan latar belakang di atas, perlu dilakukan studi mengenai pemanfaatan serbuk bungkil jarak pagar sebagai penguat pada komposit polimer.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat ditarik suatu rumusan masalah sebagai berikut:
”Bagaimanakah pengaruh besar serat bungkil biji jarak pagar sebagai filler pada material suatu komposit terhadap kekuatan tarik (tensile strength)
dan kekuatan kejut (impact)”.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh besar serat bungkil biji jarak pagar terhadap kekuatan tarik (Tensile Strength)
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari kegiatan penelitian ini adalah: a.Mengetahui kegunaan lain dari bungkil biji
jarak pagar sebagai penguat dalam material komposit.
b.Dapat mengurangi pencemaran lingkungan dengan adanya biokomposit ini.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1Material Komposit
Material komposit didefinisikan sebagai kombinasi antara dua material atau lebih yang berbeda bentuk, komposisi kimia, dan tidak saling melarutkan antar material. Material yang satu berfungsi sebagai penguat dan material yang lain berfungsi sebagai pengikat untuk menjaga kesatuan unsur-unsurnya. Sedangkan penggabungan dua atau lebih material dengan pengisi (filler) dari bahan-bahan alami disebut dengan biokomposit. Dalam penyusunan komposit, salah satu material penyusun dapat ditentukan fraksi volume untuk mendapatkan sifat akhir yang diinginkan. Secara umum terdapat dua kategori material penyusun komposit yaitu matriks dan reinforcement.
Keunggulan bahan komposit adalah dapat memberikan sifat – sifat mekanik terbaik yang dimiliki oleh komponen penyusunnya. Keuntungan penggunaan material komposit adalah:
1. Bobotnya yang ringan jika dibandingkan dengan material logam, tetapi memiliki kekuatan yang hampir sama.
2. Tahan korosi 3. Ekonomis
4. Tidak sensitif terhadap bahan-bahan kimia
2.2 Pengisi (Filler)
Pengisi atau filler adalah bahan yang ditambahkan pada resin untuk meningkatkan sifat mekanik dan sifat fisik. Pengisi juga berfungsi sebagai penguat pada matrik.
2.2.1Serbuk Bungkil Biji Jarak Pagar Sebagai Pengisi (Filler)
Jarak pagar (Jatropha curcas L.) termasuk famili Euphorbiaceae yang potensial sebagai tanaman penghasil minyak. Biji pada tanaman jarak pagar yang telah diekstraksi menghasilkan minyak dan bungkil. Bungkil ini memiliki kandungan serat dan lignin,
sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan penguat dalam pembuatan material komposit. Hal ini karena lignin yang terdapat dalam bungkil mengandung lignoselulosa yang diselaputi oleh matrik. terdiri dari serat-serat selulosa yang diselaputi oleh matrik. Serat inilah yang menimbulkan sifat kuat dan
kaku. Bungkil biji jarak pagar dalam bentuk serbuk kecil direkatkan dengan resin. Pembuatan komposit dengan menggunakan matrik dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan bungkil biji jarak pagar sebagai produk yang inovatif. Produk yang berlignoselulosa non kayu memiliki keunggulan seperti biaya produksi murah, kerapatan rendah, bersifat biodegradable serta sifat-sifat tahan korosi dan ringan.
2.3Teori Ikatan Penguat terhadap Komposit Matrik
Ikatan yang terjadi pada material komposit di antara matrik dan penguatnya antara lain :
a) Ikatan Mekanik (Mechanical Bonding)
Matrik cair menyebar ke seluruh permukaan penguat pengisi (filler) dan mengisi setiap lekuk dari permukaan sehingga terjadi mekanisme saling mengunci. Semakin kasar permukaan penguat semakin kuat ikatan yang terbentuk.
b) Ikatan elektrostatis (Electrostatic Bonding) Ikatan ini terjadi antara matrik dan penguat ketika salah satu permukaan mempunyai muatan positif dan permukaan lainnya mempunyai muatan negatif sehingga akan terjadi tarik menarik antar kedua permukaan.
c) Ikatan kimia (Chemical Bonding)
Ikatan kimia adalah ikatan yang terbentuk antara kelompok kimia pada permukaan reaksi dan membentuk lapisan permukaan yang mempunyai sifat berbeda dari kedua komponen komposit tersebut. Ikatan ini dapat terjadi karena adanya difusi atom-atom permukaan dari komponen komposit yang terjadi pada suhu tinggi.
2.4Metode Pembuatan Komposit
Terdapat tiga macam metode yang dapat digunakan untuk membuat komposit, yaitu:
1. Injection Moulding
2. Spray Up
Dalam pembuatan komposit dengan metode spray Up ini menggunakan alat penyemprot. Alat penyemprot tersebut berisi resin dan pengisi yang secara bersamaan disemprot kedalam cetakan.
3. Hand Lay Up
Proses pembuatan komposit dengan metode Hand Lay Up merupakan pembuatan komposit dengan metode lapisan demi lapisan sampai diperoleh ketebalan yang diinginkan. Setiap lapisan berisi matrik dan filler. Setelah memperoleh ketebalan yang diinginkan digunakan roller untuk meratakan dan menghilangkan udara yang terjebak di atasnya.
2.5 Hipotesis
Bahan lignoselulosa yang terkandung dalam bungkil biji jarak pagar menyebabkan sifat
Semakin besar prosentase serat bungkil jarak pagar yang ditambahkan pada komposit polimer diduga mekanisnya juga semakin meningkat. Semakin kecil ukuran serat bungkil jarak pagar yang ditambahkan pada polimer diduga kekuatan mekanisnya akan meningkat.
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Variabel Penelitian
a.Variabel Bebas
1. Perbandingan besar fraksi volume penambahan bungkil jarak pada polimer sebesar 0, 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50 %
2. Besar ukuran serbuk jarak dari bungkil biji jarak pagar sebesar 0,315-0,355µm, 0,355-0,415µm dan 0,415- 0,600 µm
b.Variabel Terkontrol
1. Tekanan injeksi konstan 80 (Psi) 2. Temperatur injeksi konstan 200 ̊C c.Variabel Terikat
1. Kekuatan Tarik (N/mm2) 2. Kekuatan Kejut (kg/mm2)
3.2Rancangan Penelitian
Penelitian dengan variabel prosentase serat bungkil melakukan pengambilan data sebanyak 3 kali, sehingga membutuhkan 30 spesimen untuk mendapatkan variabel terikat.
Pada penelitian dengan variabel besar ukuran bungkil, data diambil menggunakan
perulangan sebanyak tiga kali, sehingga dari tiga variabel bebas dan dua variabel terikat membutuhkan 18 spesimen.
Dari table tersebut di atas, kemudian dibuat grafik hubungan antara
1.Kekuatan Kejut dan Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
2.Kekuatan Tarik dan Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
3.Kekuatan Kejut dan Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
4.Kekuatan Tarik dan Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Prosentase Serbuk Bungkil Biji Jarak Pagar Terhadap Kekuatan Kejut
Hubungan antara pengaruh prosentase serbuk bungkil biji jarak terhadap kekuatan kejut dapat dilihat pada gambar 1 di bawah ini
Hubungan Kekuatan Kejut dan Prosentase Serat Bungkil
0
Kekuatan Kejut Poly. (Kekuatan Kejut)
Gambar 1 Grafik Hubungan antara Kekuatan Kejut dan Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
4.2 Pengaruh Prosentase Serbuk Bungkil Biji Jarak Pagar Terhadap Kekuatan Tarik
Hubungan antara pengaruh prosentase serbuk bungkil biji jarak terhadap kekuatan tarik dapat dilihat pada gambar 2 di bawah ini
Hubungan Kekuatan Tarik dan Prosentase Serat Bungkil
0
Kekuatan Tarik Poly. (Kekuatan Tarik)
Gambar 2 Grafik Hubungan antara kekuatan tarik dan Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa semakin bertambahnya prosentase serbuk bungkil pada komposit polimer maka kekuatan tarik juga akan meningkat. Kekuatan tarik meningkat secara merata dari prosentase serbuk bungkil jarak 0% hingga pada prosentase 50%. Hal ini disebabkan oleh penambahan serbuk bungkil sebagai campuran akan menjadikan komposit polimer bertambah getas sehingga menyebabkan kekuatan tarik dari komposit polimer akan meningkat.
4.3 Pengaruh Variasi Ukuran Serbuk Bungkil Biji Jarak Pagar Terhadap Kekuatan Kejut
Hubungan antara pengaruh variasi serbuk bungkil biji jarak terhadap kekuatan kejut dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini
Grafik Hubungan Kekuatan Kejut dan Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
0
Ukuran Serbuk Bungkil ( µm )
K
kekuatan kejut Power (kekuatan kejut)
Gambar 3 Grafik Hubungan antara kekuatan kejut dan Variasi ukuran Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa semakin besar ukuran serat bungkil maka kekuatan kejut akan semakin rendah. Ukuran serbuk komposit polimer yang berukuran kecil
yaitu 0,315-0,355µm memiliki jumlah serbuk terbanyak dibandingkan ukuran serbuk 0,355-0,415 µm dan 0,415-0,600 µm saat menempati suatu ruang yang sama. Dengan jumlah serbuk yang relatif lebih banyak dan tersebar lebih merata maka ikatan antara serbuk dan komposit polimer menjadi lebih besar sehingga menyebabkan kekuatan kejut juga semakin besar. Dengan bertambahnya ukuran serbuk, maka jumlah serbuk relatif lebih sedikit serta mengakibatkan ikatan antara serbuk dan polimer menjadi semakin kecil sehingga kekuatan kejut akan semakin menurun
4.4 Pengaruh Variasi Ukuran Serbuk Bungkil Biji Jarak Pagar Terhadap Beban
Gambar 4 Grafik Hubungan antara beban dan Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
Dari gambar 4 di atas dapat dianalisis bahwa semakin besar ukuran serbuk bungkil maka kekuatan tarik akan semakin besar. Hal ini disebabkan pada komposit polimer yang berisi filler
berukuran kecil yaitu 0,315-0,355µm memiliki jumlah serbuk yang paling banyak dalam suatu ruang tertentu sehingga menyebabkan kekuatan ikatan antara serbuk bungkil dan komposit polimer semakin kecil. Seiring dengan bertambahnya besar serat filler, yaitu pada filler 0,355-0,415 µm kekuatan tarik akan semakin meningkat dikarenakan ikatan antara filler dengan
polypropylene semakin kuat dan material semakin
getas.
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Dari pengujian impact didapat bahwa semakin tinggi prosentase bungkil jarak, maka kekuatan
impact akan meningkat. Namun penambahan
homogen campuran yang dihasilkan antara
filler dengan komposit polimer.
2. Dari pengujian impact didapat bahwa semakin besar ukuran filler, maka kekuatan
impact akan menurun. Hal ini disebabkan
semakin kecil luasan ikatan antara filler
dengan polimer yang menyebabkan kerekatannya semakin berkurang sehingga kekuatan impact-nya semakin kecil.
3. Dari pengujian tarik didapat bahwa semakin tinggi prosentase bungkil jarak, maka kekuatan tarik akan meningkat. Hal ini disebabkan pada penambahan bungkil jarak menyebabkan komposit polimer yang getas dan kekerasan yang dikandung juga besar, sehingga pada pengujian tarik kekuatan tarik akan semakin meningkat.
4. Dari pengujian tarik didapat bahwa semakin besar ukuran serat bungkil jarak, maka kekuatan tarik akan semakin meningkat. Hal ini disebabkan pada semakin besar ukuran serat maka kekuatan antar partikel yaitu filler dengan komposit akan semakin kuat sehingga kekuatan tariknya meningkat.
5.2 Saran
1. Pada penggunaan mesin injection moulding
sebaiknya tekanan dan suhu dapat dijaga (dikontrol) supaya dihasilkan spesimen sesuai dengan standar testing material.
2. Pada penggunaan mesin uji tarik dan uji
impact sebaiknya menggunakan mesin
yang sesuai dengan standar plastic testing machine.
3. Pada pemilihan serbuk bungkil sebaiknya menggunakan serbuk yang masih baru supaya dihasilkan filler yang baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Agung, et.,al .2006. Penggunaan bagasse
(ampas tebu) sebagai serat penguat dalam komposit yang menggunakan matriks
polypropylene (PP) terhadap tensile
strength dan melting temperature dari
komposit. Universitas Brawijaya Fakultas Teknik Jurusan Mesin: Tidak Dipublikasikan.
[2] Albert Research Council. 1987.
Dimensional Stabilization State of the Art
Review. FP 2.4.1. Industrial Technologies
Department. Ferest Products. Program. Edmonton, Alberta.
[3] Answer Corporation. 2007.
http://www.answers.com/topic/thermosetting-plastic diunduh 2 Desember 2010
[4] ASTM. 1997.ASTM D638 Tensile Properties ofPlastics.
[5] ASTM. 1997.ASTM D 5942, Standard Test Methode for Determoning Charpy Impact Strength of Plastic.
[6] Djaprie Sriati. 1991. Teknologi Bahan. Jilid 1. Penerbit Erlangga. Jakarta
[7] ESDM, 2005, Bungkil Biji Jarak Pagar , http://portal.djlpe.esdm.go.id diunduh 2 Desember 2010.
[8] German M.R. Powder Metallurgy Science. Metal Powder Industrie Federation. New Jersey.
[9] Gibson, Ronald.1994. Principles of
composite material. NewYork:Mc Graw
Hill.
[10] Gubitz, G. M., Mittelbach M. and Trabi M. 1999. “Exploitation of The Tropical Seed Plant Jathropa curcas L.”, Bioresource Technology 67: 73-82, Graz, Austria.
[11] Hashemi. S, Elmes P. Sanford. 1997. Effect on
Mechanical Properties on Polyoxymethylene.
Brookfiel center, Polymer Engineering and science.
[12] Ismunandar. 2003. Biokomposit Komposit Hijau untuk Bahan Otomotif.
[13] Matthews F. L. And R. D. Rowling 1994.
Composite Material Engineering Science
Technology and Medicine, Chopman & Hall.
London.
[14] Metallurgy Science Corporation., 2006,”Composite Materail,
http://en.wikipedia.org/wiki/Composite_mater ial
[15] Retno Wati. 2006. Pemanfaatan serbuk sekam padi dan resin (poliester dan polystiren). Skripsi tidak diterbitkan. Jurusan F. MIPA. Unibraw.
[16] Schwartz Mel M. 1996. Composite Material.
Properties Nondestructuive Testing and
