commit to user
i
PENGARUH ORIENTASI SUDUT ANYAMAN SERAT CANTULA
TERHADAP SIFAT MEKANIK (BENDING, TARIK PAKU,
DAYA PERMESINAN) DAN DENSITAS PADA KOMPOSIT
SEMEN SERBUK AREN–CANTULA
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar
Sarjana Teknik
Oleh : DWI MASRURI
NIM I1404012
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
commit to user
iii
MOTTO
v
“
Bacalah dengan nama Tuhanmu yang menciptakan. Dia telah menciptakanmanusia dari segumpal darah. Bacalah dan Tuhanmulah yang Maha Pemurah. Yang mengajar dengan Qalam. Dialah yang mengajar manusia dari segala yang belum diketahui” (Q.S Al-‘Alaq 1-5).
v “Barang siapa menuntut ilmu, maka Allah akan memudahkan baginya jalan
menuju surga. Dan tidaklah berkumpul suatu kaum di salah satudari rumah-rumah Allah, mereka membaca kitabullah dan saling mengajarkannya di antara mereka, kecuali akan turun kepada mereka ketenangan, diliputi dengan rahmah, dikelilingi oleh para malaikat, dan Allah akan menyebut-nyebut mereka kepada siapa saja yang ada di sisi-Nya. Barang siapa berlambat-lambat dalam amalannya, niscaya tidak akan bisa dipercepat akan hisabnya” (H.R Muslim)
v If you want something you’ve never had, you must be willing to do something
you’ve never done.
commit to user
iv
PERSEMBAHAN
Karya sederhana ini dipersembahkan untuk:
§ Allah SWT, Raja Manusia
§ Muhammad utusan Allah, Sang Penyempurna Akhlaq
§ Bunda Hj.Kusrini (alm), darah, air mata, dan keringatnya ada
di tubuhku
§ Ayah H. Muhammad Suhadi, Mentor terbaik
§ Khusnul Chotimah, Kekasih hati yang menyentuh raga ini
dengan jemari hati
commit to user
v
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap rasa syukur alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah serta inayah-Nya kepada Penulis, sehingga Penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “PENGARUH ORIENTASI SUDUT
ANYAMAN SERAT CANTULA TERHADAP SIFAT MEKANIK (BENDING, TARIK PAKU, DAYA PERMESINAN) DAN DENSITAS PADA KOMPOSIT SEMEN - SERBUK AREN–CANTULA”.
Skripsi ini disusun untuk diajukan sebagai syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis menyadari atas keterbatasan kemampuan yang dimiliki, sehingga Penulis juga menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu dengan kerendahan hati Penulis mengharap kritik dan saran guna mengoreksi dan memperbaiki atas kekurangan yang ada sehingga didapat hasil yang lebih baik. Dengan berbagai keterbatasan itulah, maka Penulis menyadari bahwa skripsi ini bukan semata-mata disusun berdasarkan kemampuan Penulis sendiri, melainkan karena mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga penyusunan ini dapat terselesaikan dengan baik, sehingga pada kesempatan kali ini dengan segala ketulusan hati dan kerendahan hati penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT.,selaku Pembimbing Skripsi I yang telah
banyak memberikan bimbingan, dorongan dan masukan yang berharga.
2. Bapak Dody Ariawan, ST, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik UNS serta selaku Pembimbing Skripsi II.
3. Bapak Didik Djoko Susilo ST, MT. selaku Pembimbing Akademik.
4. Bapak Wahyu, ST, MT., selaku Koordinator Skripsi Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNS.
5. Bapak dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS yang telah banyak
commit to user
vi
6. Ibu, Bapak, adik dan kakakku yang selalu menyayangi, memotivasi dan selalu
mendoakanku.
7. Teman-teman tim komposit Danang Wijayanto, Eko Purwanto dan Ngadiman
atas bantuan dan masukannya.
8. Yogik Dwi Mustopo, Daryono, Marlon Marlindo, Agus Winoto, serta
teman-teman mahasiswa Teknik Mesin UNS, maju terus pantang mundur.
9. Rekan-rekan Kost Griya Nuansa dan Studio Kamar Gelap.
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas segala bantuannya pada penulisan skripsi ini.
Surakarta, April 2011
commit to user
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
HALAMAN PENGESAHAN... ii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN... iii
ABSTRAK ... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR LAMPIRAN ... x
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Tujuan dan Manfaat ... 3
1.5. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1. Tinjauan Pustaka ... 5
2.2. Dasar Teori ... 7
2.3. Komponen Penyusun Komposit ... ... 12
2.3.1 Semen ... ... 12
2.3.2 Serat... . 14
2.3.3 Air... 15
2.3.4 Additive... 16
2.4. Fraksi Berat Komposit... 19
2.5. Sifat Fisik dan mekanik... 19
BAB III METODE PENELITIAN... 23
3.1. Tempat Penelitan ... 23
3.2. Bahan Penelitian ... 23
3.3. Alat Penelitan ... 23
3.4. Parameter ... 24
3.5. Prosedur Penelitan ... 24
3.6. Teknik Analisis Data... 28
3.7. Cara Penafsiran dan Penyimpulan Hasil Penelitian ... 28
3.8. Diagram Alir Penelitian ... 29
BAB IV DATA DAN ANALISIS... 30
4.1. Pengaruh Orientasi Sudut Anyaman Terhadap Densitas Komposit... 30
4.2. Pengaruh Orientasi Sudut Anyaman Terhadap Kekuatan Bending Komposit... 32
commit to user
viii
4.4. Pengaruh Orientasi Sudut Anyaman Terhadap Daya Permesinan... 36
BAB V KESIMPULAN ... 37
5.1. Kesimpulan ... 37
5.2. Saran ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 38
commit to user
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Jenis – Jenis Semen... 13
Tabel. 2.2. Susunan Unsur Semen Portland………... 13
Tabel. 2.3.Sifat Serat Cantula... 15
commit to user
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1.PembagianKelas Material ... 8
Gambar 2.2.Comntinuous Fiber Composite ... 9
Gambar 2.3.Woven Fiber Composite ... 9
Gambar 2.4. Anyaman 2D dan 3D ... 10
Gambar2.5. Chopped fiber composite ……… 10
Gambar2.6.Hybrid composite ………... 10
Gambar 2.7.Particulate Composites ……….……. 11
Gambar 2.8.Laminated Composite……….………… 11
Gambar 2.9 Ikatan pada komposit……….. 12
Gambar 2.10 Pengaruh additive CaCl2 terhadap temperatur hidrasi pasta semen…18 Gambar 2.11 Pengaruh CaCl2 terhadap kekuatan (MOR dan MOE)………19
Gambar 2.12 Skema uji densitas………. 20
Gambar 2.13 mesin milling dan fluke meter……… 20
Gambar.2.14 Skema uji tarik paku……… 21
Gambar 2.15Skema uji bending……….. 21
Gambar 3.1 Dimensi spesimen uji densitas………. 26
Gambar 3.2 Dimensi spesimen bending……….. 27
Gambar 3.3 Dimensi spesimen uji tarik paku……….. 27
Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian……… 28
Gambar 4.1. Hubungan densitas-orientasi sudut anyaman... 30
Gambar 4.2. Bentuk anyaman serat cantula... 31
Gambar 4.3. Hubungan kekuatan bending–orientasi sudut anyaman…………...32
Gambar 4.4. Foto Makro Perpatahan Uji Bending...33
Gambar 4.5. Foto SEM permukaan patah bending komposit...34
Gambar 4.6. Hubungan gaya tarik paku-orientasi sudut anyaman………….... 34
Gambar 4.7. Nilai gaya tarik paku beberapa material...35
commit to user
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1: Data Uji Densitas... 38
Lampiran 2: Data Uji Bending ... 39
Lampiran 3: Data Uji Tarik Paku ... 40
commit to user
xii
ABSTRAK
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh orientasi sudut anyaman serat cantula terhadap nilai densitas, kekuatan bending, gaya tarik paku dan daya permesinan.
Komposit terdiri dari semen dan serbuk aren sebagai matrik, serat cantula
sebagai penguat dan CaCl2sebagai additive. Proses pembuatan komposit
menggunakan metode tekan, dengan orientasi sudut anyaman serat cantula(00/900,
150/1050, 300/ 1200, 450/1350). Pengujian densitas mengacu pada ASTM D 792, pengujian bending mengacu pada ASTM D 6272, sedangkan pengujian tarik paku pada ASTM D 1037.
Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas dan gaya tarik pakumeningkat seiring dengan bertambahnya sudut anyaman serat cantula sampai dengan sudutanyaman 30o/120o,akan tetapi dari sudut 30o/120o ke sudut 45o/135o terjadi penurunan densitas dan gaya tarik paku.Nilai densitas dan gaya tarik paku tertinggi
berturut-turut 1340 kg/m3 dan 241,8 N dicapai pada komposit dengan orientasi sudut
anyaman 300/1200, sedangkan nilai terendahnya berturut-turut 1295 kg/m3 dan 241,4
N terjadi pada komposit berorientasi sudut 00/900. Sedangkan untuk nilai kekuatan
bending dan daya permesinan meningkat seiring meningkatnya anyaman serat cantula.Nilai kekuatan bending dan daya permesinan tertinggi berturut-turut 17,08
MPa dan 1,698 kW dicapai pada komposit berorientasi sudut 450/1350, sedangkan
nilai terendahnya (15,76 Mpa dan 1,690 kW) terjadi pada orientasi sudut 00/900.
commit to user
xiii
ABSTRACT
The aim of this research is to investigate the effect of angle orientation of cantula fiber woven on the mechanical properties (bending, nail withdrawal, power of machinery) and the density of cement arenga pinnata-cantula composite.
The composite consist of cement and arenga pinnata as the matrix, cantula
fiber as reinforcement and CaCl2 as the additive. Composite manufacturing process
using press method, and the angle orientation of cantula fiber woven were 00/900,
150/1050, 300/1200, 450/1350. Bending test is based on ASTM D 6272, nail
withdrawal test is referred to ASTM D 1037, and density test is accorded to ASTM D 792.
The results of the research indicates that the value of density and nail withdrawal increase up to 300/1200 angle orientation then decline at 450/1350 angle
orientation. The highest value of density and nail withdrawal (1340 kg/m3, 241,8 N)
was achieved at 300/1200 angle orientation, and the lowest value (1295 kg/m3, 241,4
N) was occured at 450/1350angle orientation. It was observed that increasing angle orientation of cantula fiber woven increased the value of bending strength and power of machinery. The highest value of bending strength and power of machinery (17,08
MPa, 1,698 kW)wasreached at 450/1350 angle orientation, and the lowest value(15,76
MPa, 1,690 kW)wasoccured at 00/900 angle orientation.
commit to user
xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan material komposit di bidang rekayasa dewasa ini sangatlah pesat. Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas, seperti untuk peralatan olahraga, sarana transportasi baik darat, laut maupun udara. Begitu juga di bidang konstruksi dan peralatan antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi, murah dan proses pembuatannya mudah (Gay, dkk, 2003).
Industri kayu merupakan sektor industri andalan di Propinsi Jawa Tengah yang menampakkan gejala kesulitan mencari bahan baku furniture yang murah dan berkualitas. Kondisi seperti ini disebabkan berkurangnya pasokan kayu akibat adanya pembatasan penebangan hutan kayu tanaman industri di Indonesia. Dalam lima tahun terakhir, produk industri permebelan di Jawa Tengah pertumbuhannya menurun akibat bahan baku yang berkurang. Kontribusi ekspor produk mebel pada tahun 2000 sebesar 34,33% dari total nilai ekspor produk kayu olahan dan mebel nasional dan pada tahun 2004 kontribusinya menurun menjadi 18,50%. Industri pengolahan kayu khususnya produk pengerjaan kayu (wood working) dan mebel di Jawa Tengah
membutuhkan bahan baku kayu sebesar 2 juta m3/ tahun (Malik. J, dkk, 2008).
Sementara disisi lain, di Desa Bendo, Kecamatan Tulung, Kabupaten Klaten, Jawa Tengah terdapat sentra produksi industri pati aren yang menghasilkan produk seperti tepung aren dan mie soun. Industri makanan ini menunjukkan peningkatan seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dan industri makanan. Peningkatan ini meningkatkan pula jumlah limbah yang hampir 50 ton per hari. Limbah ini berupa limbah serat yang mengandung selulosa yang berpotensi sebagai bahan alternatif untuk industri furniture, seperti hanya artificial wood komposit semen limbah aren. (Indarto, 2010).
commit to user
xv
Aren (Arenga Pinnata) merupakan tanaman serba guna. Tanaman palma daerah tropis basah ini beradaptasi dengan baik pada berbagai agroklimat, mulai dari dataran rendah hingga daerah berketinggian 1400 m di atas permukaan laut. Dalam industri pembuatan papan semen, dibutuhkan material penguat yang mempunyai sifat kekuatan yang tinggi, elastis dan diameter serat seragam. Serat aren berbeda dengan serat kayu, serat aren bersifat elastis, jaringan formasinya tampak lebih homogen. Dalam hal ini serat aren memenuhi kriteria untuk dijadikan filler komposit (Arif, 2006).
Serat cantula adalah serat alam yang berasal dari ekstraksi daun tanaman
Agave Cantula Roxb. Tanaman ini banyak dijumpai dan tumbuh di daerah
Kulonprogo yaitu di Daerah Istemewa Yogyakarta (DIY) sampai dengan Temanggung, Jawa Tengah. Serat cantula berdasarkan hasil penelitian Badan Penelitian dan Pengembangan Industri Departemen Perindustrian Yogyakarta, mempunyai kandungan selulose sekitar 64,23%, sehingga berpotensi sebagai bahan penguat komposit (Raharjo, 2003).
Cement bonded particleboad (CBP) merupakan salah satu cara memproduksi
panel komposit yang memanfaatkan berbagai serat alam semisal bambu, sekam padi, ampas tebu, daun kering yang dibuat menjadi serpihan kecil dan disatukan dengan menggunakan semen. Komposit yang tersusun dari serat alam sebagai filler, memiliki berbagai keunggulan antara lain densitasnya rendah, tidak mudah patah murah, murah dan ramah lingkungan (Rowell, dkk, 1997).
Hasil pengujian bending menunjukkan bahwa kekuatan bending serat kulit
rotan dengan variasi arah serat bersilangan 450 lebih besar daripada arah serat searah
00/900. Dimana nilai arah serat searah 00/900 sebesar 2,678 Kg/mm2 dan untuk arah serat searah 450 sebesar 3,1632 Kg/mm2, akan tetapi nilai hasil pengujian tersebut belum dapat digunakan sebagai serat penguat dalam pembuatan kulit badan kapal karena belum memenuhi standard yang telah ditentukan. Yang mengacu pada Rules
and Regulation For The Classification And Construction of Ships of Fiberglass
commit to user
xvi
Aplikasi serat dalam bidang komposit dapat digunakan sebagai penguat menggantikan serat kayu, sehingga akan menghemat supply tumbuhan/kayu komersial. Dalam hal ini dimanfaatkan sebagai bahan penguat alternatif pada produk komposit semen seperti: papan, atap, eternit, ataupun struktur arsitektur.
Pada penelitian ini serat yang digunakan adalah serat cantula sebagai serat panjang dan serbuk aren sebagai serat pendek yaitu hasil limbah produksi tepung aren sebagai material pembuatan komposit dengan pertimbangan bahwa serat mempunyai sifat elastis, diameter yang seragam, dan relatif murah. Penelitian tentang komposit semen ini diharapkan akan melengkapi kekurangan dari material yang sudah ada, sehingga jika penelitian ini berhasil, maka akan didapatkan sifat komposit semen-serat yang optimal sehingga dapat mengganti kayu.
1.2. Rumusan Masalah
Dari uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut bagaimana pengaruh orientasi sudut anyaman serat cantula pada komposit semen
serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadapkarakteristik sifat mekanik (kekuatan bending,
gaya tarik paku dan daya permesinan) dan fisiknya berupa densitas.
1.3. Batasan Masalah
Untuk menentukan arah penelitian yang baik, ditentukan batasan masalah sebagai berikut:
1. Diameter cantula dianggap seragam.
2. Letak anyaman serat cantula di dalam komposit berada di tengah.
1.4. Tujuan dan Manfaat
Tujuan utama dari penelitan ini adalah:
Meneliti pengaruh orientasi sudut anyaman serat cantula pada komposit semen-serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadap kekuatan bending, gaya tarik paku, daya permesinan dan densitas
Manfaat Penelitian :
commit to user
xvii
2. Sebagai salah satu alternatif mengurangi dampak lingkungan yang disebabkan limbah serat aren yang tidak termanfaatkan, untuk bahan baku pembuatan
hardboard.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I : Pendahuluan, berisi latar belakang masalah, tujuan dan manfaat
penelitian, perumusan masalah, batasan masalah serta sistematika penulisan.
BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan penelitian dan teori-teori yang berhubungan dengan komposit semen-aren. BAB III : Metodologi penelitian, berisi peralatan yang digunakan,
langkah-langkah percobaan dan prosedur pengujian.
BAB IV : Data dan analisis, berisi data hasil pengujian, perhitungan data hasil pengujian serta analisis hasil dari perhitungan.
BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dari penelitian dan saran-saran bagi peneliti selanjutnya.
commit to user
xviii
BAB II DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Material komposit dalam bentuk komposit panel telah banyak digunakan untuk berbagai aplikasi sruktural maupun non struktural, seperti untuk furniture dan struktur pada gedung (Youngquist, dkk, 1997).
Serat alam sebagai filler komposit polimer mulai banyak digunakan sebagai pengganti filler sintetik dalam kehidupan sehari-hari, mengingat serat alam ini mempunyai banyak kelebihan dibanding serat buatan. Kelebihan-kelebihan utama menggunakan serat alam sebagai filler yaitu densitasnya rendah, mudah diuraikan alam, sehingga menghasilkan sifat kekakuan yang tinggi, tidak mudah patah, jenis dan variasinya banyak, hemat energi dan murah (Rowell, dkk, 1997).
Saat ini sudah ada penelitian tentang komposit panel sebagai material pengganti kayu, serat aren dapat digunakan sebagai material pengisi (filler) dan serat
cantula sebagai penguat pada komposit panel. Cement bonded particleboard (CBP)
merupakan salah satu cara memproduksi panel komposit yang memanfaatkan berbagai serat alam semisal: bambu, sekam padi, serta daun kering yang dibuat menjadi serpihan kecil dan disatukan dengan menggunakan semen. Bahwa bambu dapat digunakan sebagai material pengisi pada komposit semen, untuk aplikasi di perumahan dan ramah lingkungan (Sudin, dkk, 2003).
Menurut Asyifa (2005), penelitiannya yang menggunakan semen CaCl2
sekam padi menunjukan karakteristik yaitu, penambahan fraksi berat sekam pada komposit semen-sekam meningkatkan nilai modulus elastisitas bendingnya. Ikatan antarmuka yang lemah antara matrik dan sekam pada komposit menyebabkan turunnya kekuatan tarik dan kekuatan bending.
Erakhrumen dkk (2008) melakukan penelitian tentang sifat fisik dan mekanik pada papan komposit menggunakan campuran serbuk kayu pinus dan serabut kelapa dengan semen sebagai matrik. Perbandingan semen dengan campuran kayu pinus serabut kelapa yaitu 2:1 dan 2:2. Dari pengujian nilai densitas dan kekutan bending
commit to user
xix
terbesar pada perbandingan 2:1 dan kadar air terbesar pada perbandingan 2:2. Hal ini dipengaruhi oleh tingkat kepadatan dari material komposit.
D’Almeida (2007) melakukan penelitian tentang pengaruh tekanan pengepresan sebesar (0 dan 3 Mpa) terhadap kekuatan bending. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat Curaua dan matrik yang terbuat dari semen : pasir : air sebesar (1: 1 : 0,4). Matrik dibuat dengan cara mencampur semen dan pasir kemudian diaduk selama 30 detik, selanjutnya superplasticizer dilarutkan dalam air. Semua bahan dicampur jadi satu dan diaduk selama 3 menit agar homogen. Pada proses pencetakan matrik dituang dalam cetakan satu lapis matrik dikuti dengan anyaman serat, kemudian cetakan ditutup dengan diberi tekanan 0 dan 3 MPa. Dari hasil penujian menunjukan, tekanan pengepresan 0 MPa memiliki kekuatan bending (27.52 MPa) dan tekanan pengepresan 3 MPa memiliki kekuatan bending (23.70 MPa).
Ariawan (2010), melakukan penelitian pengaruh kandungan CaCl2 terhadap
kekuatan bending komposit semen-aren. Dimana semakin tinggi kandungan CaCl2
maka kekuatan bending, dan densitas komposit semen-aren juga semakin meningkat.
Kekuatan bending tertinggi terdapat pada komposit dengan kandungan 10% CaCl2
sebesar 135 Mpa. Selain itu pengamatan SEM diketahui bahwa uji pada komposit
dengan kandungan 10% CaCl2terjadi pemadatan matrik yang lebih tinggi dari pada
kandungan 0%.
Sifat mekanik dan fisik dari komposit semen yang diperkuat serat tergantung pada beberapa parameter seperti densitas komposit, rasio semen : serat, kekuatan serat, jenis perlakuan serat serta material tambahan. Komposit yang diperkuat dengan serat limbah aren memiliki karakteristik mudah diterapkan pada komponen-komponen yang mempunyai bentuk kompleks dan rumit, biaya produksi murah dan bersifat mendekati isotropik. Pemakaian serat pendek ini akan memudahkan proses permesinan yang dibutuhkan pada proses finishing (Kristiawan, dkk, 2006).
Hasil pengujian densitas dan kekuatan bending semakin meningkat seiring
commit to user
xx
(11,916 MPa) tertinggi diperoleh pada komposit dengan fraksi berat semen 0,50, serapan air semakin menurun seiring penambahan fraksi berat semen (Machbubi, 2010).
Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas, konduktivitas panas dan kekuatan bending komposit meningkat seiring bertambahnya tekanan pengepresan. Densitas, konduktivitas panas dan bending mencapai nilai tertinggi pada tekanan
pengepresan 88 kg/cm2, berturut-turut sebesar 1,57 gr/cm3, 0,297 W/m0C dan 12,14
kg/cm2. Permukaan patah uji bending komposit diamati menggunakan scanning
electron microscope dan terlihat bahwa ikatan antarmuka matrik dan filler
mempunyai ikatan yang baik (Indarto, 2010).
Paku merupakan mechanical fastener yang paling banyak digunakan pada konstruksi kayu, nilai gaya tarik paku pada setiap kayu akan berbeda bergantung pada densitas kayu diameter paku dan kedalaman penetrasi paku pada kayu (Gilbert, 2007).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa densitas, kekuatan bending dan kekuatan tarik paku meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan pengepresan (Hakim, 2008).
Dweib,dkk (2004) melakukan penelitian bahwa komposit skin resin acrylated
epoxidized soybean oil yang diperkuat anyaman serat gelas menghasilkan kekuatan
lengkung lebih tinggi dibanding serat flak berbentuk mat, kertas bekas dan kertas bekas berbentuk gelombang.
2.2. Dasar Teori
Kata komposit berasal dari kata “to compose” yang berarti menyusun atau menggabung. Secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Jadi komposit adalah suatu bahan yang merupakan gabungan atau campuran dari dua material atau lebih pada skala makroskopis untuk membentuk material ketiga yang lebih bermanfaat. Komposit dan alloy memiliki perbedaan dari cara penggabungannya yaitu apabila komposit digabung secara makroskopis sehingga masih kelihatan serat maupun matriknya (komposit serat)
commit to user
xxi
sedangkan pada alloy / paduan digabung secara mikroskopis sehingga tidak kelihatan lagi unsur-unsur pendukungnya (Jones, 1975).
Komposit merupakan bahan yang terdiri atas serat yang diselubungi oleh matrik, biasanya berupa polimer, metal, atau keramik. Serat biasanya berupa bahan dengan kekuatan dan modulus yang tinggi yang berperan sebagai penyandang beban utama. Sedangkan matrik harus menjaga serat tetap dalam lokasi dan orientasi yang dikehendaki. Matrik juga berfungsi sebagai media transfer beban antar serat, pelindung serat dari kerusakan karena pengaruh lingkungan (environtment damage) sebelum, ketika dan setelah proses pembuatan komposit, serta melindungi dari pengaruh abrasif antar serat (Manual Spesification Standard (MSS), IPTN, 1993).
Gambar 2.1 Pembagian kelas material (Manual Spesification Standard
(MSS), IPTN, 1993)
Komponen penyusun komposit tidak saling melarutkan ataupun bergabung satu sama lain dengan sempurna, akan tetapi bertindak bersama-sama. Semua komponen serta interfasa (yang memegang peranan penting dalam mengontrol sifat-sifat komposit) yang berada diantaranya, umumnya dapat didefinisikan secara fisik. Sifat komposit secara keseluruhan tidak bisa dicapai hanya dari tiap-tiap komponen
commit to user
xxii
Berdasarkan bentuk komponen strukturalnya, bentuk-bentuk komponen utama yang digunakan dalam material komposit dapat dibagi atas tiga kelas (Schwartz, 1984), yaitu:
1. Fibrous Composites ( Komposit Serat )
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih komplek seperti anyaman.
Kebutuhan akan penempatan serat dan arah serat yang berbeda menjadikan komposit serat dibedakan lagi menjadi beberapa bagian diantaranya:
a. Continous fiber composite (komposit diperkuat dengan serat continue)
Gambar 2.2 Continous fiber composite (Gibson,1994)
b.Woven fiber composite (komposit diperkuat dengan serat anyaman )
Gambar 2.3. Woven fiber composite (Gibson, 1994)
Herakovich, (1998), dalam bukunya ‘Mechanics of fibrous
composites’ Komposit woven fabrics, atau saat ini populer dengan sebutan
komposit tekstil, adalah komposit dengan serat yang sudah direkayasa terlebih dahulu menjadi mats. Komposit jenis ini termasuk paling sering dipakai dalam aplikasi. Hal ini di sebabkan karena komposit jenis ini relatif mudah dibuat karena sudah tersedia mats-nya serta memiliki sifat
commit to user
xxiii
kekuatan tarik dan kekakuan yang baik. Variasi anyaman (mats) yang ada :
1 Anyaman 2D 2 Anyaman 3D
(a) (b)
Gambar 2.4. (a) Anyaman 2D (b) Anyaman 3D
c. Chopped fiber composite (komposit diperkuat serat pendek /acak )
Gambar 2.5. Chopped fiber composite (Gibson 1994)
d. Hybrid composite (komposit diperkuat serat kontinyu dan serat acak).
Gambar 2.6. Hybrid composite (Gibson 1994)
commit to user
xxiv
Merupakan komposit yang menggunakan partikel serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriknya.
Gambar 2.7. Particulate Composites
3. Laminated Composites ( Komposit Laminat )
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
Gambar 2.8. Laminated Composites
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat sulit dibentuk tetapi lebih kaku serta lebih kuat.
2. Matrik, umumnya mudah dibentuk tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah.
Dikarenakan terdiri dari unsur yang berbeda dan digabung, maka tentu ada daerah-daerah yang berbatasan. Daerah tersebut disebut dengan interface. Sedangkan
commit to user
xxv
Gambar 2.9 Ikatan pada komposit (George, dkk, 1995)
Dari uraian tersebut di atas, maka aspek yang yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanis dari komposit tersebut adalah optimasi dari ikatan
interfacial antara fiber dan polimer (matrik) yang digunakan (Schwartz, 1984).
Ikatan antara fiber dengan matriks dipengaruhi langsung oleh reaksi yang terjadi antara matrik dengan fiber. Dengan kata lain transfer beban/tegangan diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi. Adhesivitas yang kuat diantara permukaan antara matriks dengan fiber, diperlukan untuk efektifnya perpindahan dan distribusi beban melalui permukaan ikatan (George, dkk, 1995).
Herakovich, (1998), dalam bukunya ‘Mechanics of fibrous composites’
Komposit woven fabrics, atau saat ini populer dengan sebutan komposit tekstil, adalah komposit dengan serat yang sudah direkayasa terlebih dahulu menjadi mats. Komposit jenis ini termasuk paling sering dipakai dalam aplikasi. Hal ini di sebabkan karena komposit jenis ini relatif mudah dibuat karena sudah tersedia mats-nya serta memiliki sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang baik.
2.3. Komponen Penyusun Komposit
2.3.1 Semen
Semen tersusun dari: batu kapur/gamping adalah bahan alam yang mengandung senyawa kalsium oksida (CaO), lempung/tanah liat adalah bahan
alam yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2), aluminium oksida (Al2O3),
besi oksida (Fe2O3) dan magnesium oksida (MgO). Untuk menghasilkan semen,
campuran dari bahan tersebut di atas selanjutnya dibakar dalam tanur
INTERPHASE
(BONDING AGENT)
MATRIKS
SERAT
commit to user
xxvi
bertemperatur 1300° C-1400° C, sehingga diperoleh butir-butir clinker. Kemudian
clinker digiling halus secara mekanis sambil ditambah gibs. Hasilnya berbentuk
tepung kering yang dimasukkan dalam kantong-kantong semen yang pada umumnya mempunyai berat 40–50 kg.
Nama “Portland Cement” diusulkan oleh Joseph Aspdin pada tahun 1824. Nama itu diusulkan karena bentuk bubuk yang dicampur dengan air, pasir dan batu-batuan yang ada di pulau Portland, Inggris. Pertama kali semen portland di produksi (dengan pabrik) di Amerika Serikat oleh David Saylor dikota Coplay,
Pennsylvania, pada tahun 1875.
Jenis semen menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) adalah sebagai berikut :
Table 2.1. Jenis – Jenis Semen
No. SNI Nama
SNI 15-0129-2004 Semen Portland Putih
SNI 15-0302-2004 Semen Portland Pozzolan / Portland Pozzolan Cement (PPC)
SNI 15-2049-2004 Semen Portland / Ordinary Portland Cement (OPC)
SNI 15-3500-2004 Semen Portland Campur
SNI 15-3758-2004 Semen Masonry
SNI 15-7064-2004 Semen Portland Komposit
(http://id.wikipedia.org/wiki/Semen. 14 April 2007)
Di bawah ini terlampir beberapa komponen penyusun semen Portland, yaitu : Tabel 2.2. Susunan Unsur Semen Portland
Oksida Persen (%) Kapur (CaO) Silica (SiO2) Alumina ( Al2 O3) Besi (Fe2 O3) Magnesia (MgO) Sulfur (SO3)
Soda / potash (Na2 O + K2 O )
60-65 17-25 3-8 0,5-6 0,5-4 1-2 0,5-1 Sumber : Tjakrodimuljo, 1996
commit to user
xxvii
Rasio air terhadap semen sangat mempengaruhi sifat-sifat semen. Pasta semen memiliki volume tinggi yang konstan. Volume ini akan bertambah besar dengan meningkatnya rasio air terhadap semen dalam campuran mula-mula. Suatu set semen bersifat porus dan mengandung lubang-lubang air yang amat kecil (10-20 Angstrom) maupun lubang-lubang dengan ukuran amat besar (1 mikrometer). Hubungan antar kapiler-kapiler yang terdapat di dalamnya sangat mempengaruhi permeabilitas (kemudahtembusan oleh air) dan vulnerabilitas (ketahanrusakan) semen. Adanya interkoneksi antar pori-pori kapiler tentunya harus dihindari, karena melemahkan kekuatan semen. Keadaan ini bisa tercapai apabila ada waktu yang cukup bagi pasta semen yang cukup rendah. Untuk rasio air-semen sebesar 0,4 biasanya perlu waktu 3 hari, sedang untuk rasio air-semen 0,7 waktu yang diperlukan sekitar 1 tahun (West, 1984).
Sesuai dengan tujuan pemakaiannya, semen portland di Indonesia (SII 0013-81) dibagi menjadi 5 jenis, yaitu :
Jenis I : Semen portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan persyaratan - persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis- jenis lain.
Jenis II : Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan keta- hanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.
Jenis III : Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan terjadi.
Jenis IV : Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut persyara- tan panas hidrasi yang rendah.
Jenis V : Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan keta- hanan tinggi terhadap sulfat
2.3.2 Serat Alam / filler
Komposit yang mengunakan semen memiliki beberapa kelemahan yaitu mudah patah/rapuh dan memiliki kekutan tarik yang lemah. Untuk mengatasi kelamahan yaitu dengan menambahkan serat sebagai filler atau pengisi dalam
commit to user
xxviii
campuran semen. Dengan penambahan serat alam pada komposit semen dapat meningkatkan kekuatan tarik, keuletan dan ketangguhan. Karakteristik mekanik maupun fisik material komposit semen dengan penguat serat alam tergantung pada beberapa faktor antara lain: sifat matrik, perbandingan komposisi matrik dan material pengisinya, ukuran serat, jenis serat dan penyebaran serat (Balaguru, 1992).
Menurut Rowell dkk (2000), secara umum serat tumbuhan hampir sama atau mirip dimana tersusun dari tiga komponen utama, yaitu selulosa,
hemiselulosa, lignin ditambah bahan-bahan lain. Dalam penelitian ini
menggunakan dua serat alam yaitu: 1. Serat cantula
Serat cantula diperoleh lewat ekstrasi daun tanaman agave cantula Roxb. Tanaman cantula tidak memiliki batang yang jelas, dan memiliki daun yang kaku dengan panjang 100-175 cm dengan duri di sepanjang tepi daunnya. Saat ini, serat alam mulai mendapatkan perhatian yang serius dari para ahli material komposit karena:
a. Serat alam memiliki kekutan spesifik yang tinggi karena serat alam memiliki berat jenis yang rendah.
b. Serat alam mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam yang dapat diolah kembali, harganya relatif murah dan tidak beracun.
Dari hasil penelitian badan penelitian dan pengembangan industri Departemen Perindustrian Yogyakarta diketahui kandungan atau komposisi rata- rata serat cantula sebagaimana data dalam tabel 2.2
Tabel 2.3. Sifat Serat Cantula
Komposisi Kadar (%)
Hemiselulosa 9,45
A-selulosa 64,23
Lignin 5,91
commit to user
xxix
Ekstrakting Alkohol Benzena 3.38
Kadar Air Alkohol Benzena 11,95
Sumber: Badan Penelitian Dan Pengembangan Industri Departemen Perindustrian Yogyakarta
Tanaman Cantula meliliki kandungan selulosa yang cukup tingi, yakni 64,23% hal ini menunjukkan bahwa serat ini berpotensi sebagai bahan penguat komposit.
2. Serat Aren
Aren atau enau (Arenga pinnata) adalah palma yang terpenting setelah kelapa karena merupakan tanaman serba guna. Pohon aren merupakan tanaman daerah tropis, dapat tumbuh dengan baik pada dataran rendah hingga ketinggian 1.400 m di atas permukaan air laut dan tersebar di India, Malaysia, Indonesia, Filipina. Luas lahan aren di Indonesia pada tahun 2002 adalah sekitar 47.730 ha, yang terdapat di daerah Sumatera Utara, Nanggroe Aceh Darussalam, Sumatera Barat, Bengkulu, Jawa Barat, Banten, Jawa Tengah, Kalimantan Selatan, dan Sulawesi Selatan (Warta penelitian dan pengembangan pertanian, 2009).
Dari seluruh bagian pohon aren dapat dimanfaatkan baik dari buah, daun, nira, dan batangnya dapat diambil sari patinya untuk dijadikan tepung aren. Salah satu pusat Industri yang mengolah pohon aren menjadi tepung aren terdapat di Desa Daleman, Kecamatan Tulung, Kabupaten Klaten, Jawa Tengah. Dari pengolahan tepung aren menghasilkan limbah padat yang dimanfaatkan sebagai media untuk menanam jamur dan pakan ternak, sedangkan yang berbentuk serat digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak dan selebihnya dibuang (Mayrina, dkk, 2005).
2.3.3 Air
Air dalam campuran komposit mempunyai fungsi memungkinkan terjadinya reaksi kimiawi dengan semen yang menyebabkan pengikatan dan
commit to user
xxx
berlangsungnya pengerasan, untuk membasahi agregat (butiran material alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran mortar atau semen), dan melumasi agregat agar mudah dikerjakan pada saat pembentuk komposit (semen,
aren, dan additive CaCl2).
Untuk bereaksi dengan semen, air yang diperlukan hanya sekitar 25% dari berat semen, dalam beberapa kondisi nilai faktor air dan semen yang kurang dari 0,35 mengakibatkan komposit menjadi kering dan sukar dipadatkan. Tetapi tambahan air sebagai pelumas ini tidak boleh terlalu banyak, karena kekuatan komposit akan rendah dan komposit akan porous (Tjakrodimuljo, 1996).
Tjakrodimuljo (1996) menyatakan bahwa kekuatan komposit dan daya tahannya akan berkurang jika air mengandung kotoran. Air yang digunakan untuk membuat komposit sebaiknya memenuhi syarat sebagai berikut:
1. Tidak mengandung lumpur atau benda-benda melayang lainya. 2. Tidak mengandung garam, asam, dan zat organik.
3. Tidak mengandung klorida dan sulfat.
2.3.4 Additive
Additive adalah bahan yang ditambahkan ke dalam adukan mortar/pasta
sebelum atau selama proses pengadukan untuk mengubah sifat dari mortar/pasta karena alasan tertentu. Bahan tambahan berkisar pada bahan kimia sampai pada penggunaan bahan buangan yang dianggap potensial (Susanto, 2009).
Zat additive yang digunakan dalam penelitian ini adalah kalsium klorida yang merupakan senyawa garam yang mempunyai sifat larut dalam air dan mempunyai sifat fisik seperti kristal garam dapur bewarna putih. Kalsium klorida
dengan rumus CaCl2.6H2O berbentuk kristal yang sangat higroskopis dan mudah
larut dalam air dan alkohol.
Kalsium klorida mempunyai sifat fisik antara lain: · Berupa kristal garam bewarna putih
· Ukuran butir seperti garam dapur · Dapat dilarutkan dalam air
commit to user
xxxi
Sedangkan sifat kimia kalsium klorida diperoleh dari reaksi sebagai berikut:
Ca(OH)2 (aq) + 2HCl(aq) → CaCl2 (s) + 2H2O(l)
Kemudian dalam air kalsium klorida akan mengion karena merupakan garam elektrolit:
CaCl2 → Ca2+ + 2Cl –
Penambahan zat additive CaCl2 pada pasta semen mampu meningkatkan
proses hidrasi/pengerasan semen hal ini terjadi karena adanya faktor kecocokan antara unsur-unsur kalsium yang terkandung dalam semen dan dalam additive
CaCl2 (Hachmi, 1990).
Ling Fei Ma (2000) melakukan penelitan tentang pengaruh penambahan
zat additive CaCl2 sabesar (0%, 2,5%, 5%, 10% dan 15%) terhadap temperatur
hidrasi pada pasta semen-bambu dan modulus of rupture (MOR). Semakin banyak
presentase CaCl2 yang ditambahkan pada pasta semen-bambu dapat
meningkatakan temperatur hidrasi. Semakin tinggi temperatur hidrasi dapat mempercepat pengerasaan semen dan dapat meningkatakan modulus of rupture
(MOR) yaitu 27.,4 kgf/cm2 untuk penambahan CaCl2 sebesar 5% menjadi 172,4
kgf/cm2 dengan penambahan CaCl2 sebesar15%. Sifat mekanis suatu bahan selain
dipengaruhi oleh dimensi partikel juga dipengaruhi oleh adanya zat additive, karena hidrasi semen tidak cukup pada additive yang rendah untuk mendapatkan sifat mekanis yang memuaskan.
Gambar 2.10 Pengaruh additive CaCl2 terhadap temperatur hidrasi pasta semen
commit to user
xxxii
Gambar 2.11 Pengaruh CaCl2 terhadap kekuatan (MOR dan MOE)
cemen-bonded board (CBB) dan total energy released (ET) dari komposit semen– sekam (Wood–Cement Composites in the Asia–Pacific Region, 2000).
2.4. Fraksi Berat Komposit
Fraksi berat adalah perbandingan antara berat material penyusun dengan berat komposit. Fraksi berat material penyusun dapat dihitung dengan persamaan:
Wi =
Wc Wi
………..(2.1) dimana:
Wi : fraksi berat, i, material penyusun
Wi : berat material penyusun, gr
Wc : berat komposit, gr
2.5. Sifat Fisik dan Mekanik
Pengujian yang dilakukan terhadap spesimen adalah pengujian mekanik dan pengujian fisik. Pengujian mekanik yang dilakukan adalah pengujian bending dan pengujian tarik paku, sedangkan pengujian fisik yang dilakukan adalah uji densitas. Pada pengujian spesimen ini mengacu pada standar pengujian ASTM D 1037.
1. Densitas
Densitas/kepadatan merupakan suatu indikator penting suatu material komposit, karena sangat mempengaruhi sifat dari material komposit. Uji
commit to user
xxxiii
densitas komposit ini dilakukan dengan mengacu pada standar ASTM D 792, dimana berat jenis diperoleh berdasarkan persamaan sebagai berikut:
cr = Wa Wu w Wu -r . ... (2.1)
Dimana: Wu : berat kering spesimen di udara, gr
Wa : berat spesimen di fluida, gr
c
r : densitas, gr/cm3
wr : berat jenis fluida, gr/cm3
Gambar 2.12 Skema uji densitas 2. Uji Permesinan
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui berapa besar daya yang dibutuhkan untuk memotong panel komposit tersebut. Dalam hal ini menggunakan mesin milling, dan dibantu dengan fluke meter senbagai pembaca daya.
a b
commit to user
xxxiv 3. Uji Tarik Paku Komposit
`Pengujian ini bertujuan untuk mendapat nilai gaya tarik paku material dan membandingkannya dengan beberapa material, yaitu multipleks, kayu jati dan
Medium Density Fiberboard (MDF). paku yang digunakan adalah paku tipe
smooth box nail dengan diameter 2,8 mm dan panjang 63,5 mm.
Gambar.2.14 Skema uji tarik paku
4. Kekuatan Bending
Untuk mengetahui kekuatan bending komposit dilakukan pengujian bending dengan mengacu pada standar ASTM D 6272. Pada uji bending, spesimen yang berbentuk batang ditempatkan pada dua tumpuan lalu diberikan beban ditengah tumpuan tersebut dengan laju pembebanan konstan. Pembebanan ini disebut dengan metode 4-point bending (bending 4 titik), skema pembebanannya dapat dilihat pada gambar 2.6
Gambar 2.15 Skema uji bending
commit to user
xxxv
Modulus of Rupture atau kekuatan bending dapat dihitung dengan
menggunakan rumus : MOR = 2 bd PL ... (2.2) Dimana:
MOR = Modulus of Rupture (MPa)
P = Pembebanan maksimum (N)
L = panjang span, 24x tebal (mm)
b = lebar spesimen (mm)
commit to user
xxxvi
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material dan Proses Produksi di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.2. Bahan Penelitian
Pada penelitian ini, bahan yang digunakan antara lain: 1. Serat aren.
Diperoleh dari Dukuh Bendo, Desa Daleman, Kecamatan Tulung, Klaten. 2. Serat cantula
Diperoleh dari Koperasi Rami Kencana, Dukuh Kutogiri, Desa Sidomulyo, Kecamatan Pengasih, Kulon Progo
3. Semen Portland SNI 15-7064-2004.
Hasil produksi PT. Holcim Indonesia Tbk, diperoleh dari TB. Putra Radin. Jl. Ir. Sutami, Surakarta
4. Kalsium Klorida (CaCl2).
Hasil produksi PT. Brataco Chemika, Jakarta 5. Air destilasi
Hasil pengolahan air Laboratorium Teknik Kimia UNS
3.3. Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data antara lain adalah :
1. Alat yang digunakan dalam penelitian antara lain: a. Dongkrak hidrolik.
b. Timbangan Digital c. Mesh (saringan) d. Crusher
commit to user
xxxvii
e. Moisture Wood Meter
f. Oven Elektrik g. Blender h. Alat cetak
i. Alat Tenun Bukan Mesin (ATBM) 2. Alat pengambilan data antara lain:
a. Universal Testing Mechine (UTM) b. Mesin milling
c. Fluke meter
3.4. Parameter
Dalam penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah: 1. Waktu pengepresan selama 20 menit.
2. Ukuran serbuk aren lolos mesh 80.
3. Rasio berat Semen : Serbuk aren : Air : CaCl2 adalah 5 : 2 : 2 : 1.
4. Tekanan pengepresan 88 kg/ cm2( pada benda kerja ).
5. Parameter yang diubah-ubah adalah orientasi sudut anyaman serat cantula yaitu 00/900, 150/1050, 300/1200, 450/1350.
3.5. Metodologi penelitian
Prosedur pengambilan data dalam penelitian ini dibagi menjadi dua tahap yaitu:
1. Tahap persiapan
Tahap persiapan terdiri dari: a. Persiapan serbuk aren
1) Pengambilan serat aren.
Serat aren diambil dari limbah pembuatan tepung aren di daerah Daleman, Tulung, Klaten.
2) Pembersihan dan pengeringan serat aren. 23
commit to user
xxxviii
Serat aren yang telah diambil, dibersihkan dengan air untuk menghilangkan serbuk-serbuk aren yang menyatu dengan serat dan dikeringkan dengan bantuan panas matahari. Hal ini bertujuan untuk memudahkan proses penghancuran.
3) Penghancuran serat aren
Serat aren yang telah dibersihkan dan dikeringkan, dihancurkan dengan mesin crusher. Hasilnya disaring menggunakan saringan ukuran mesh 80.
b. Persiapan serat cantula 1) Pengambilan serat cantula
Serat cantula diperoleh dari Koperasi Rami Kencana, Dukuh Kutogiri, Desa Sidomulyo, Kecamatan Pengasih, Kulon Progo, Yogyakarta. 2) Pembersihan dan pengeringan serat cantula
Serat cantula yang telah diambil, berupa serat yang sudah dipilin direndam dengan air, kemudian dijemur dibawah sinar matahari. Agar kadar air pada serat cantula sekitar 11 – 13% dilakukan pengovenan
pada suhu 1100
C selama 45 menit setelah selesai ditempatkan dalam wadah tertutup dan diberi silica gel.
3) Penganyaman serat cantula
Penganyaman serat cantula dilakukan dengan bantuan Alat Tenun Bukan Mesin (ATBM). Model anyaman 2D dibuat dalam satu lembar
besar dengan ukuran 60 cm 60 cm dengan jarak antar serat 1 cm dan
dipotong dengan variasi sudut 00/900, 150/1050, 300/120, 450/1350 , dimensi disesuaikan dengan benda uji.
c. Pencampuran bahan baku komposit.
1) Serbuk aren, semen dicampur dan diaduk sampai tercampur rata.
2) CaCl2 dengan air dicampur sampai butiran-butiran CaCl2 larut dalam
commit to user
xxxix
3) Campuran semen-serat aren dengan larutan CaCl2 dicampur dan
diaduk sampai tercampur, kemudian diblender selama 2 menit agar campuran menjadi homogen.
d. Pembuatan Panel Komposit
Pencetakan spesimen dilakukan dengan proses manual, yaitu metode
hand lay up dan dilakukan pengepresan (press mold) dengan
menggunakan dongkrak hidrolik manual. Pada proses pencetakan,
campuran semen serbuk aren yang telah dicampur dengan air dan CaCl2
dimasukkan dalam cetakan kemudian diikuti dengan anyaman serat
cantula.
e. Pengeringan
Proses pengeringan atau curing sampel yang dihasilkan dikeringkan pada udara bebas selama 7 hari, setelah 7 hari sampel dikeringkan lagi
mengunakan oven dengan suhu 500C dan setiap 60 menit kandungan air
pada komposit diukur dengan moisture wood meter. Setelah kandungan air pada komposit mencapai 10-15% maka proses pengeringan dalam oven dihentikan.
f. Penyimpanan
Setelah semua spesimen komposit selesai dibuat kemudian spesimen disimpan di dalam box plastik tertutup yang dilengkapi silica gel.
2. Tahap pengujian
Pengujian spesimen yang dilakukan adalah: a. Pengujian Densitas
Pengujian densitas bertujuan untuk mengetahui kepadatan material komposit, yaitu dengan membandingkan berat komposit didalam air dengan berat komposit di udara. Pengujian ini mengacu pada ASTM D
commit to user xl 792-98. 5 0 6 5 0
Gambar 3.1 Dimensi spesimen uji densitas (satuan dalam mm) b. Pengujian Bending
Pengujian bending bertujuan untuk mengetahui kekuatan bending komposit, mengunakan alat UTM. Bentuk dan ukuran benda uji bending komposit disesuaikan dengan standar ASTM D 6272-00.
194 6
5
0
Gambar 3.2 Dimensi spesimen bending (dalam satuan mm) c. Pengujian Tarik paku
Pengujian ini bertujuan untuk mendapat nilai gaya tarik paku material ini dengan membandingkannya dengan beberapa material, dalam hal ini yaitu material multipleks, kayu jati dan Medium Density Fiberboard (
commit to user
xli
152
10
7
6
Gambar 3.3 Dimensi spesimen uji tarik paku (dalam satuan mm) d. Pengujian Permesinan
Pengujian permesinan ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar daya yang dibutuhkan untuk memotong komposit tersebut. Caranya adalah dengan menghubungkan catu daya mesin milling dengan fluke meter yang merupakan alat pembaca daya.
commit to user
xlii
3.6. Teknik Analisis Data
Dari data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat diakukan analisa data yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya nilai densitas, kekuatan bending dan tarik paku juga daya permesinan dari komposit semen serbuk aren dengan penguat serat cantula dan diambil nilai rata-ratanya untuk dijadikan nilai hasil dari masing-masing pengujian.
3.7. Cara Penyimpulan Hasil Penelitian
Dari data-data yang diperoleh dari hasil analisa terhadap nilai densitas, kekuatan bending dan tarik paku juga daya permesinan dari komposit semen serbuk aren dengan penguat serat cantula, maka dapat diambil kesimpulan tentang penyebab terjadinya peningkatan ataupun penurunan nilai dari beberapa pengujian tersebut, dan berapa besar persentasenya.
commit to user
xliii
3.8. Diagram alir
Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian
SERAT BATANG AREN DIKERINGKAN
PROSES CRUSHING SERAT BATANG AREN DIKERINGKAN
PENYARINGAN SERBUK AREN UKURAN MESH 80
CETAK MANUAL SPESIMEN KOMPOSIT:
1. TEKANAN PENGEPRESAN 88 KG/CM2, WAKTU PENEKANAN 20 MENIT
2. ORIENTASI SUDUT ANYAMAN DENGAN ARAH SERAT 00,150,300,450
SERAT CANTULA PILIN
DICUCI DAN DIKERINGKAN
SERAT CANTULA DIANYAM MODEL ANYAMAN 2D ADDITIVE CaCl2
DIOVEN PADA SUHU 1100
SELAMA 45 MENIT (HINGGA KADAR AIR 11-13%) MATRIK SEMEN MULAI PENGUJIAN: 1. PERMESINAN 2. TARIK PAKU 3. BENDING 4. DENSITAS ANALISIS DATA KESIMPULAN SELESAI
1. SPESIMEN DIKERINGKAN PADA SUHU KAMAR 2. DIOVEN PADA TEMPERATUR 500 C SELAMA 60 MENIT.
commit to user
xliv
BAB IV
DATA DAN ANALISIS
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa pengujian untuk mengetahui sifat fisik dan sifat mekanik komposit semen serbuk aren cantula. Pengujian yang dilakukan antara lain uji densitas, uji bending, uji tarik paku dan permesinan. Data– data hasil pengujian tersebut dianalisa dan dibahas untuk memperoleh kesimpulan sesuai dengan tujuan penelitian.
4.1. Pengaruh orientasi sudut anyaman terhadap densitas komposit
Pengujian densitas komposit semen serbuk aren cantula di bawah ini memperlihatkan nilai rata-rata dari lima spesimen untuk tiap variasi.
Gambar 4.1. Hubungan densitas- orientasi sudut anyaman
Dari gambar Gambar 4.1 menunjukkan bahwa penambahan sudut anyaman mengakibatkan nilai densitas komposit berubah. Adanya perubahan densitas komposit ini dipengaruhi oleh perbedaan banyaknya serat cantula di dalam komposit.
commit to user
xlv
Untuk komposit yang memiliki serat cantula lebih banyak akan memiliki densitas lebih rendah daripada komposit yang memiliki serat cantula lebih sedikit. Hal ini karena densitas serat cantula lebih kecil daripada densitas komponen-komponen penyusun yang lain.
Nilai densitas untuk serat cantula adalah sebesar 1,19 gr/cm3( Raharjo, 2003)
sedangkan nilai densitas komposit semen serat aren adalah sebesar 1,57 gr/cm3 (
Machbubi, 2010).
Perubahan orientasi sudut anyaman 00/900 ke komposit berorientasi sudut
anyaman 150/1050 menyebabkan kenaikan nilai densitas sebesar 1%, sedangkan
perubahan orientasi sudut 150/1050 ke komposit berorientasi 300/1200 mengakibatkan
kenaikan nilai densitas sebesar 2,4%, akan tetapi perubahan orientasi sudut 300/1200
ke 450/1350 menurunkan nilai densitas hingga 1,4%.
Orientasi sudut anyaman dalam komposit ini tidak memberi pengaruh yang signifikan terhadap nilai densitas. Nilai densitas yang tertinggi adalah komposit
semen serbuk aren cantula dengan sudut anyaman 300/1200 yaitu sebesar 1340
kg/m3
, sedangkan yang memiliki nilai densitas terendah adalah komposit dengan
sudut anyaman 00/900 yaitu sebesar 1295 kg/m3.
Sudut 0°/90° Sudut 15°/105°
commit to user
xlvi
Gambar 4.2. Bentuk anyaman serat cantula
Gambar 4.2. memperlihatkan bentuk anyaman yang digunakan pada komposit semen- serbuk aren cantula. Serat cantula pilinan yang digunakan dalam komposit memiliki massa 1,26 gram tiap meter. Orientasi bentuk anyaman akan menyebabkan perbedaan panjang serat cantula yang digunakan dalam komposit. Panjang dan massa serat cantula untuk spesimen pengujian densitas dapat dilihat dalam tabel 4.
Tabel 4. Panjang dan massa serat cantula pada spesimen densitas
Sudut anyaman (°) Panjang serat cantula (cm) massa serat (gr)
0°/90° 120 1,51
15°/105° 103,5 1,31
30°/120° 100,6 1,26
45°/135° 102,4 1,29
4.2. Pengaruh orientasi sudut anyaman terhadap kekuatan bending
Pengujian bending komposit semen serbuk aren cantula di bawah ini memperlihatkan nilai rata-rata dari lima spesimen untuk tiap variasi.
commit to user
xlvii
Dari Gambar 4.3 di atas tidak terlihat adanya peningkatan nilai kekuatan bending secara signifikan. Nilai kekuatan bending tertinggi (17,08 MPa) dicapai pada
orientasi sudut anyaman 450/1350, dan nilai kekuatan bending terendah (15,76 MPa)
berada pada komposit dengan sudut anyaman 00/900.
Perubahan kekuatan bending disebabkan oleh adanya perubahan orientasi
sudut anyaman serat cantula. Pada anyaman dengan orientasi 00/900 serat yang
dominan menahan beban bending adalah serat yang tersusun secara pada sumbu x,
yaitu serat yang berorientasi 00, sedangkan serat yang tersusun pada sumbu y hanya
bekerja sebagai pengikat. Akan tetapi sebaliknya pada anyaman dengan orientasi
450/1350 kedua serat baik yang 450 maupun 1350 bekerja saling menguatkan,
sehingga dapat menahan beban bending lebih baik.
Kegagalan dalam proses bending disebabkan adanya tegangan geser yang terjadi antara matrik dan anyaman serat cantula. Ketika spesimen mendapat gaya bending, maka spesimen mendapat gaya dari atas, pada bagian atas spesimen mengalami tekan, dan pada bagian bawah mengalami tarik. Akan tetapi akibat dari adanya gaya dari atas, maka anyaman serat cantula bergeser atau terlepas ikatannya dari matriks.
Gambar 4.4 foto makro penampang perpatahan bending
Retakan akibat gaya geser cantula
commit to user
xlviii
Dari gambar foto makro penampang perpatahan uji bending dapat dilihat bahwa komposit yang diperkuat oleh serat cantula mengalami tegangan geser. Hal ini terlihat dari komposit yang mengalami pecah pada ikatan antara serat cantula dengan matriknya.
Salah satu kandungan yang terdapat dalam semen adalah alkali. Keberadaan alkali dalam semen akan menghilangkan lignin dalam serat cantula, sehingga menyebabkan permukaan serat cantula menjadi kasar. Dengan permukaan serat
cantula menjadi kasar menyebabkan ikatan antara serat dan semen menjadi baik..
(a) (b)
Gambar 4.5. Foto SEM : (a) Sudut 450/1350, (b) sudut 00/900
Perubahan orientasi sudut anyaman 00/900 ke komposit berorientasi sudut
anyaman 150/1050 menyebabkan kenaikan nilai kekuatan bending sebesar 3,6%,
sedangkan perubahan orientasi sudut 150/1050 ke komposit berorientasi 30°/120°
mengakibatkan peningkatan kekuatan bending sebesar 1,83%, dan perubahan
orientasi sudut 30°/120° ke 450/1350 menaikkan nilai kekuatan bending hingga 2,7%.
Pada komposit, beban lentur yang bekerja ditahan oleh ikatan antara semen,
serbuk aren, dan CaCl2, ditambah oleh serat cantula sebagai penguat, sehingga
mampu menahan tegangan lentur lebih baik.
4.3. Pengaruh orientasi sudut anyaman terhadap gaya tarik paku
matrik
Serat cantula
commit to user
xlix
Gambar 4.6. Hubungan gaya tarik paku - orientasi sudut anyaman Perubahan nilai gaya tarik paku dipengaruhi oleh densitas dari komposit, semakin tinggi densitasnya, maka nilai gaya tarik paku akan semakin tinggi.
Dari gambar 4.6 diatas tidak terlihat adanya peningkatan nilai gaya tarik paku secara signifikan, nilai gaya tarik paku tertinggi yaitu 241,88 N terjadi pada spesimen
dengan orientasi sudut anyaman 300/1200, sedangkan yang terendah yaitu 241,4 N
terjadi pada spesimen dengan orientasi sudut 00/900.
Perubahan orientasi sudut anyaman 00/900 ke komposit berorientasi sudut
anyaman 150/1050 menyebabkan kenaikan gaya tarik paku sebesar 0,4%, sedangkan
perubahan orientasi sudut 150/1050 ke komposit berorientasi 30°/120°
mengakibatkan peningkatan gaya tarik paku sebesar 0,1%, dan perubahan orientasi
sudut 30°/120° ke 450/1350 menyebabkan penurunan gaya tarik paku hingga 0,1%.
Di bawah ini terlampir perbandingan beberapa material dengan komposit semen serat aren-cantula.
commit to user
l
Gambar 4.7. Nilai gaya tarik paku beberapa material
Dari gambar di atas terlihat perbandingan nilai gaya tarik paku dari beberapa material, yaitu kayu jati, medium density fiberboard (MDF) dan juga multipleks. Hasil pengujian menunjukkan nilai gaya tarik paku komposit semen serbuk aren cantula (241,8 N) lebih rendah dibanding kayu jati (345,4 N), namun lebih tinggi bila dibandingkan dengan MDF (209,4 N) dan multipleks (141 N).
commit to user
li
4.4. Pengaruh orientasi sudut anyaman terhadap daya permesinan
Gambar 4.8. Hubungan daya permesinan - orientasi sudut anyaman
Operasi milling biasanya digunakan untuk kegunaan korektif, dan juga untuk memproduksi barang dengan permukaan yang baik kualitasnya.
Dari Gambar 4.6 diatas tidak terlihat adanya peningkatan nilai daya permesinan secara signifikan. Nilai daya permesinan tertinggi yaitu 1,698 kW terjadi pada komposit dengan orientasi sudut anyaman 45º/135º, sedangkan yang terendah yaitu 1,690 kW terjadi pada komposit dengan orientasi sudut 0º/90º.
Perubahan daya permesinan disebabkan oleh adanya perubahan orientasi sudut anyaman serat cantula. Semakin besar sudut anyaman serat cantula, maka jumlah benang yang menghambat laju pahat milling akan semakin banyak, sehingga dibutuhkan daya permesinan yang lebih besar.
Perubahan orientasi sudut anyaman 00/900 ke komposit berorientasi sudut
anyaman 150/1050 menyebabkan kenaikan daya permesinan 0,2%, sedangkan
berturut-turut perubahan orientasi sudut 150/1050 ke 30°/120° dan 30°/120° ke
commit to user
lii
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari pembahasan hasil diatas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Orientasi sudut anyaman tidak memberi pengaruh yang signifikan terhadap nilai densitas, tarik paku, bending dan daya permesinan.
2. Nilai densitas dan tarik paku tertinggi (1340 kg/m3 dan 241,8 N) terjadi pada
orientasi sudut 300/1200.
3. Nilai kekuatan bending dan daya permesinan tertinggi (17,08 MPa dan 1,698
kW) dicapai pada orientasi sudut 450/1350.
5.2. Saran
Untuk lebih mengembangkan pemanfaatan potensi serat cantula sebagai bahan penguat komposit, maka penulis memberikan saran:
1. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh bahan aditif lain terhadap
komposit semen-serbuk aren-cantula seperti MgCl2 guna memperbaiki ikatan
matrik dengan cantula.
2. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh perlakuan kimia pada serat
cantula pada komposit semen-serbuk aren, misalnya perendaman pada NaOH.
