KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT KULIT POHON WARU (
HIBISCUS
TILIACEUS
) BERDASARKAN JENIS RESIN SINTETIS TERHADAP
KEKUATAN TARIK DAN PATAHAN KOMPOSIT
Arief Rizki Fadhillah1, Sofyan Arief Setiyabudi2,Anindito Purnowidodo2 1Universitas Brawijaya Malang, Jalan MT. Haryono, 167 – Malang
2Univesitas Brawijaya Malang, Jalan MT. Haryono, 167 – Malang Telp. 0341-551611 / fax. 0341-565420
E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The fiber composite of hibiscus's bark is the material that comprises synthetic resin as a matrix and hibiscus's bast fiber as reinforcement. The hibiscus's bast fiber have the excellent potency regarding the strength that is employed as reinforcement. This research is using four types of synthetic resin, which are polyester BTQN 157, bisphenol A LP-1Q-EX, ripoxy R-802, and epoxy. The ratio of mass fractions between fiber and resin are 60: 40. The initial treatment of the bast fiber hibiscus utilises using 6 % of NaOH and 120 minute of time. The vaccum bagging process was used to manufacturing the composite. Tensile test and fracture analysis was done in the research. The fiber composites of hibiscus tree bark with bisphenol A LP-1Q-EX resin has the best tensile strength and epoxy resin have a small fracture area
Keywords: composite, bast fibers hibiscus, synthetic resin, tensile strength, vacuum bagging
PENDAHULUAN
Pohon waru memiliki nama ilmiah
Hibiscus tiliaceus termasuk tumbuhan pada suku kapas-kapasan atau Malvaceae). Pohon tersebut juga dikenal sebagai Waru laut, atau Dadap laut (Pontianak) [1]. Dari beberapa bagian pohon waru salah satunya adalah kulit batang waru. Kulit batang waru dihasilkan dari proses pengelupasan dari kayu secara manual, setelah kulit terlepas dari kayu maka langkah selanjutnya yaitu merendam kulit waru dalam air dengan kurun waktu ± 10 – 30 hari [1].
Penggunaan serat kulit pohon waru
(Hibiscus tiliaceus) sebagai reinforcement
dalam komposit telah dibuktikan dapat menambah kekuatan bending, tarik, impak, dan lentur [2] [3] [4] [5]. Hal ini menjadikan serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus)
memiliki potensi yang sangat baik sebagai
reinforced pada komposit serat alam, karena di Kota Tulungagung serat kulit pohon waru
(Hibiscus tiliaceus) banyak digunakan sebagai tali tampar untuk hewan ternak dan kerajinan tangan. Kegunaan serat kulit pohon waru
(Hibiscus tiliaceus) ini membuktikan bahwa serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus)
memiliki kekuatan dan ketangguhan.
Komposit serat alam atau natural fiber composites (NFC) merupakan salah satu jenis komposit yang termasuk kedalam komposit berbasis matrik dengan jenis polimer dan dikombinasikan dengan serat alam. Komposit serat alam pada dasarnya sama dengan komposit pada umumnya, yaitu kombinasi dari dua atau lebih material dengan sifat mekanik yang berbeda dan dengan mengkombinasikan sifat-sifat mekanik tersebut akan menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik secara keseluruhan dari material komposit [6].
Dalam natural fiber composites (NFC) selain serat alam yang memiliki fungsi sebagai
reinforcement, maka terdapat matrik yang berfungsi sebagai pelindung serat dan media transfer beban ke serat. Resin yang digunakan dalam penelitian ini ada 4 jenis matrik, antara lain : poliester BTQN 157, bisphenol A LP-1Q-EX, ripoxy R-802, epoksi A dan B.
dengan manomer reaktif yang ditambahkan dalam resin poliester tersebut [7].
Resin Epoksi terdiri dari 2 bagian penyusun, diantaranya : Epoksi A resin dan Epoksi B hardener. Resin epoksi ini memiliki bentuk berupa cairan yang sangat kental serta padat. Penggunaan dari resin ini dengan cara menggabungkan atau mencampurkan antara resin dan hardener yang akan menghasilkan reaksi antara resin dan hardener yang bertujuan untuk membentuk polimer crosslink,
sehingga akan terjadi pengerasan resin epoksi. Curring time yang terjadi pada resin ini tergantung dari penggunaan hardener [8].
Resin ripoxy (R-802 EX) adalah jenis resin vinil ester. Sifat utama dari resin ini adalah tahan terhadap korosi dan reaksi asam kimia. Resin ripoxy memiliki kemampuan yang tidak baik dalam ikatan terhadap beberapa jenis serat. Ripoxy dalam proses penggunaannya ditambahkan 2 jenis cairan kimia, antara lain : (MEKPO atau cumene hyroperoxide) dan promotor (cobalt naphthenate atau promoter D). Resin Ripoxy R-802 memiliki sifat inflammable, hal ini dikarenakan struktur kimianya telah memiliki kandungan manomer styrene yang termasuk dalam kategori class 3-3 oleh
Intergovernmental Maritime Consultative Organization [9].
Bisphenol A adalah resin yang terdapat dalam suatu bagian utama dari epoxy pada umumnya, seperti Bisphenol A Diglycidyl Ether. BADGE adalah bagian dari jenis epoksi berbasis BPA yang sering digunakan untuk tempat makanan dan minuman di dunia. Pada saat ini BPA memiliki efek negatif untuk kesehatan, hal ini dikarenakan BPA memiliki struktural yang sama dengan hormon estrogen milik manusia [10].
Penelitian ini menggunakan fraksi massa, maka komposit dapat dijelaskan secara persamaan dibawah ini [11]:
W
f=
w
fw
c (1)W
m=
w
mw
c (2)Jumlah Fraksi berat adalah
W
f+
W
m=
1
(3)Dari persamaan 1 dan 2, maka didapatkan
w
f+
w
m=
w
c (4)Massa setiap material dapat dilihat pada persamaan berikut ini :
w
c=
ρ
c.
v
c (5)w
f=
ρ
f.
v
f (6)w
m=
ρ
m.
v
m (7)Dari persamaan diatas, maka fraksi massa dan volume memiliki keterkaitan yang dijelaskan pada persamaan berikut:
W
f=
ρ
fρ
cV
f(8)
W
m=
ρ
mρ
cV
m(9)
Pada serat dan matrik memiliki keterkaitan pada fraksi massa dan fraksi volume dengan persamaan dibawah ini :
W
f=
ρ
fρ
mρ
fρ
mV
f+
V
mV
f(10)
W
m=
1
ρ
fρ
m(
1
−
V
m)+
V
mV
m(11) Dimana:
wc : massa komposit (kg) wf : massa fiber/serat (kg) wm : massa matrik (kg)
Wf : Fraksi massa fiber/serat (%) Wm : Fraksi massa matrik (%) ρf : massa jenis fiber/serat (kg/m3) ρm : massa jenis matrik (kg/m3) ρc : massa jenis komposit (kg/m3)
METODOLOGI PENELITIAN
digunakan adalah fraksi massa dengan perbandingan serat dan matrik sebesar 60 : 40. serat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus) diberi perlakuan perendaman alkali NaOH sebesar 6% selama 120 menit. Spesimen uji tarik komposit menggunakan standar ASTM D638-03 Type I sesuai dengan gambar 1 [12].
Gambar 1. Spesimen uji tarik komposit
Proses pembuatan komposit mengunakan metode Vacuum Bagging dengan tekanan mencapai -27 Atm. Adapun proses pembuatan komposit dengan menggunakan metode
Vacuum Bagging, sebagai berikut: resin yang terdapat pada wadah resin disalurkan melalui
flow tube menuju katup in pada cetakan yang telah ditutup dengan plastik bagging.Tahap selanjutnya resin akan melalui katup out yang telah disambungkan oleh flow tube menuju
resin trap. Resin trap akan tersambung pada
vaccum pump dengan flow tube.
Keterangan : A : wadah resin
B : flow tube ke katup in cetakan C : cetakan
D : flow tube dari katup out cetakan ke vaccum trap
E : vaccum trap
F : vaccum pump
Gambar 2. Proses Vacuum Bagging
Resin sintetis yang digunakan memiliki komposisi yang berbeda. Resin poliester BTQN 157 memiliki komposisi resin dan mekpo. Resin bisphenol LP-1Q-EX dan resin ripoxy R-802 memiliki komposisi resin, promoter , mekpo. Resin epoksi A dan B memiliki komposisi resin dan hardener.
Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah uji tarik komposit menggunakan electro-hydraulic servo-control static & dynamic Universal testing machine,
Foto Makro Patahan menggunakan kamera Canon EOS 700D Kit (EF S18-55 IS STM) dengan lensa Canon EF Macro 100mm F2.8L IS USM.
Pada penelitian ini dilakukan beberapa analisa, antara lain : analisa kekuatan tarik matrik, analisa kekuatan tarik komposit, analisa fase patahan berdasarkan diagram tegangan regangan dan analisa patahan komposit.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisa Kekuatan Tarik Komposit dan Jenis Matrik
Berdasarkan hasil uji tarik komposit serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus) dengan variasi jenis resin , maka didapatkan grafik tegangan - regangan :
Keterangan :
:Tegangan Komposit Resin Bisphenol A LP-1Q-EX
: Tegangan Komposit Resin Poliester BTQN 157
: Tegangan Komposit Resin Ripoxy R-802 : Tegangan Komposit Resin Epoksi A dan B Gambar 3. Tegangan-Regangan Komposit Serat Waru (Hibiscus tiliaceus) Variasi Jenis Resin
diketahui bahwa nilai tegangan tertinggi terdapat pada komposit dengan resin bisphenol LP-1Q-EX, sedangkan komposit dengan resin Poliester BTQN 157 menghasilkan nilai tegangan terendah. Nilai regangan yang dihasilkan oleh komposit dengan 4 jenis resin juga memiliki nilai regangan yang sama dengan nilai tegangan.
Berdasarkan grafik tegangan – regangan pada komposit serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus) dengan variasi jenis resin sintetis, maka dapat diketahui ultimate strength atau kekuatan tarik dari komposit pada masing-masing jenis resin yang terdapat pada gambar 4.
Keterangan :
A : Kekuatan Tarik Komposit Resin Polyester BTQN 157
B : Kekuatan Tarik Komposit Resin Bisphenol - A LP -1Q-EX
C : Kekuatan Tarik Komposit Resin Ripoxy R-802 D : Kekuatan Tarik Komposit Resin Epoksi A Dan B
Gambar 4. Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Waru (Hibiscus tiliaceus) Variasi Jenis Resin
Kekuatan Tarik yang dihasilkan dari uji tarik komposit serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus) variasi jenis resin dapat dilihat pada gambar 4. Komposit dengan resin poliester BTQN 157 memiliki nilai kekuatan tarik sebesar 249.71 MPa. Komposit dengan resin bisphenol LP-1Q-EX memiliki kekuatan tarik sebesar 329.09 MPa. Komposit dengan resin Ripoxy R-802 memiliki kekuatan tarik sebesar 294.93 MPa. Komposit dengan resin epoksi A dan B memiliki kekuatan tarik sebesar 308.82 MPa. Komposit dengan resin bisphenol LP-1Q-EX menghasilkan kekuatan tarik tertinggi,
sedangkan kekuatan tarik yang terendah adalah komposit dengan resin poliester BTQN 157.
Regangan maksimum yang dihasilkan dari uji tarik komposit serat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus) variasi jenis resin dijelaskan pada gambar 5 bahwa resin Polyester BTQN 157 memiliki nilai regangan maksimum sebesar 0.0238 mm/mm. Resin Bispheol A LP-1Q-EX memiliki nilai regangan maksimum sebesar 0.0324 mm/mm. Resin Ripoxy R-802 memiliki nilai regangan maksimum sebesar 0.0245 mm/mm. Resin Epoksi A dan B menghasilkan regangan maksimum sebesar 0.0275 mm/mm. Komposit dengan regangan maksimum tertinggi terdapat pada komposit dengan resin Bispheol A LP-1Q-EX, sedangkan regangan maksimum terendah terdapat pada komposit dengan resin Polyester BTQN 157.
Keterangan :
A : Regangan Maksimum Komposit Resin Polyester BTQN 157
B : Regangan Maksimum Komposit Resin Bisphenol - A LP -1Q-EX
C : Regangan Maksimum Komposit Resin Ripoxy R-802
D : Regangan Maksimum Komposit Resin Epoksi A Dan B
Gambar 6 Regangan Maksimum Komposit Serat Kulit Waru (Hibiscus tiliaceus) Variasi Jenis Resin
yang terendah adalah komposit dengan resin poliester BTQN 157. Hal ini dikarenakan, resin bisphenol memiliki sifat lentur dan mulur yang menjadikan regangan dan kuat tarik akan lebih tinggi serta ikatan yang dihasilkan antara matrik bisphenol LP-1Q-EX dan serat waru lebih baik daripada resin lainnya.
Tegangan-regangan jenis resin tanpa serat mempengaruhi kekuatan tarik dan regangan maksimum pada komposit serat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus) dengan variasi jenis resin. Hal ini dapat dilihat pada gambar 7 yang menjelaskan tentang tegangan-regangan resin tanpa serat.
Keterangan :
:Tegangan Resin Epoksi A dan B
: Tegangan Resin Bisphenol A LP-1Q-EX : Tegangan Resin Ripoxy R-802
: Tegangan Resin Poliester BTQN 157 Gambar 7 Tegangan-Regangan Jenis Resin Tanpa Serat
Pada grafik tersebut menjelaskan bahwa resin Poliester BTQN 157 memiliki tegangan tertinggi akan tetapi menghasilkan regangan terendah. Resin epoksi A dan B menghasilkan tegangan terendah akan tetapi menghasilkan regangan tertinggi.
Kekuatan tarik dan regangan tertinggi pada komposit dengan jenis resin bisphenol A LP-1Q-EX, hal ini dikarenakan resin bisphenol A LP-1Q-EX memiliki tegangan terendah akan tetapi memiliki regangan lebih baik dibandingkan dengan resin poliester BTQN 157 yang memiliki tegangan tertinggi akan tetapi menghasilkan regangan terendah. Hal tersebut menjadikan resin bisphenol A
LP-1Q-EX akan mampu menerima beban tarik lebih baik, karena regangan akan menjadi lebih besar.
Analisa Patahan Komposit
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 8 Patahan Uji Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Waru Variasi Jenis Resin, (a) Resin Poliester BTQN 157, (b) Resin Bisphenol LP-1Q-EX (c) Resin Ripoksi R-802, (d) Resin Epoksi A dan B
beban yang diberikan pada serat secara merata dan nilai toleransi terhadap kekuatan serat lebih tinggi. Resin epoksi memiliki viskositas yang tinggi, sehingga pada proses aliran resin di vaccum bagging menghasilkan waktu yang lebih besar dibandingkan resin lainnya. Sehingga dapat direkomendasikan untuk serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus) menggunakan resin Epoksi A dan B.
Analisa Fase Patahan Komposit
(a)
(c)
(d)
Gambar 9 Fase patahan spesimen berdasarkan grafik tegangan regangan pada uji tarik komposit serat kulit pohon waru variasi jenis resin, (a) Resin Poliester BTQN 157, (b) Resin Bisphenol LP-1Q-EX (c) Resin Ripoksi R-802, (d) Resin Epoksi A dan B
Fase patahan komposit berdasarkan diagram tegangan-regangan dapat dilihat pada gambar 9 a-d. Komposit resin poliester BTQN 157 dan komposit resin ripoksi R-802 terjadi fase patahan yang dimulai dari awal patahan dilanjutkan dengan rambatan pada komposit yang diakhiri oleh patah secara keseluruhan dengan fracture area yang tidak terpusat. Komposit resin bisphenol LP-1Q-EX awal rambatan ditandai dengan deleminasi dan dilanjutkan dengan patahan awal pada area deleminasi. Komposit resin epoksi A dan B tidak terjadi tanda-tanda awal patahan seperti komposit dengan jenis resin lainnya akan tetapi terjadi patahan secara langsung pada saat ultimate strength.
Berdasarkan hasil diatas, maka jenis resin yang digunakan pada komposit serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus) mempengaruhi patahan yang terjadi pada komposit, hal ini dikarenakan ikatan antar serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus) dan matrik yang terjadi pada komposit berbeda antar jenis matrik.
KESIMPULAN
Berdasarkan dari data dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan mengenai penelitian Karakteristik Komposit Serat Kulit Pohon Waru (Hibiscus Tiliaceus) Berdasarkan Jenis Resin Sintetis Terhadap Kekuatan Tarik Dan Patahan Komposit yaitu:
Jenis resin sintetis yang digunakan sebagai matrik pada komposit serat kulit pohon waru (Hibiscus tiliaceus) mempengaruhi kekuatan tarik dan patahan komposit, antara lain : a. Dari segi kekuatan tarik komposit maka
dapat direkomendasikan menggunakan resin bisphenol LP-1Q-EX, karena memiliki kekuatan tarik yang baik serta memiliki kemuluran yang sangat baik.
LP-1Q-EX dan Resin Ripoksi R-802 memiliki area patahan yang tidak dapat diprediksi, sedangkan resin epoksi A dan B memiliki area patahan yang lebih kecil.
DAFTAR PUSTAKA
[1] suwandi, & Hendrati, R. L. (2014).
Perbanyakan Vegetatif Dan Penanaman Waru (Hibiscus tiliaceus) Untuk Kerajinan Dan Obat.
Jakarta: IPB Press.
[2] Nurudin, A., Sonief, A. A., & Atmodjo, W. Y. (2011). Karakterisasi Kekuatan Mekanik Komposit Berpenguat Serat Kulit Waru (Hibiscus Tiliaceus) Kontinyu Laminat Dengan Perlakuan Alkali Bermatriks Polyester. Jurnal Rekayasa Mesin Vol.II, No. 3 , 209-217.
[3] Warkum. (2013). Tesis : Pembuatan Dan Karakterisasi Papan Partikel Dari Serbuk Kalsium Karbonat (CaCO3) Serat Kulit Waru (Hibiscus Tiliaceus) Dengan Resin Polyester.
Medan: Program Pasca Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
[4] Rianto, A., Soeparman, S., & Sugiarto. (2011). Karakterisasi Kekuatan Bending dan Hidrofobisitas Komposit Serat Kulit Waru (Hibiscus tiliaceus) Kontinyu Bermatrik Pati Ubi Kayu. Jurnal Rekayasa Mesin Vol.2, No. 2 -ISSN 0216-468X, 130-136.
[5] Prasetyo, A., Purwanto, H., Respati, S. M. B. (2016). Pengaruh Waktu Perendaman Serat Kulit Pohon Waru (Hibiscus tiliaceus) Pada Air Laut Terhadap Struktur Mikro dan Kekuatan Tarik. Jurnal Momentum Vol. 12, No. 2, Oktober 2016 - ISSN 0216-7395, 42-47.
[6] Tambyrajah, D. (2015). Indulge & Explore Natural Fiber Composites "An invitation to product designers". The Netherlands: NFCDesign Platform.
[7] Hatmi, P. W., Sukartini, & AW, D. (1998). Pengaruh Komposisi Katalis Pada Glass Reinforced Polyester Terhadap sifat mekaniknya. Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III (pp. 290-293). Serpong: digilib.batan.go.id.
[8] Shabiri, A. N., Ritonga, R. S., & Ginting, M. H. (2014). Pengaruh Rasio Epoksi/Ampas
Tebu Dan Perlakuan Alkali Pada Ampas Tebu Terhadap Kekuatan Bentur Komposit Partikel Epoksi Berpengisi Serat Ampas Tebu. Jurnal Teknik Kimia USU, 28-31.
[9] Karno, I. P., Estriyanto, Y., & Wijayanto, D. S. (2014). Pengaruh Jumlah Lapisan Terhadap Ketahanan Bakar Komposit Serat Kaca Bermatriks Ripoxy R-802 EX. Jurnal FKIP UNS.
[10] Romano, R. J., & Schmidt, D. F. (2013).
High Performance Bisphenol A (BPA)-Free Epoxy Resins. Lowell: Toxics Use Reduction Institute - University of Massachusetts Lowell.
[11] Kaw, A. K. (2006). Mechanics Of Composite Materials. New York: Taylor & Francis Group.
