I Nyoman Pasek Nugraha1, Kadek Rihendra Dantes2, Nyoman Arya Wigraha3
ABSTRACT
Keywords: composites, polyester, natural fiber, workshop.
ABSTRAK
PENDAHULUAN
Kabupaten Buleleng merupakan bagian dari Wilayah Provinsi Bali, secara administrasi terdiri dari 9 Kecamatan, 129 Desa, 19 Kelurahan, 63 Lingkungan, 535 Dusun/Banjar, dan 168 Desa Adat. Jumlah penduduk kabupaten Buleleng tercatat terbanyak di Provinsi Bali terbanyak di Provinsi Bali yaitu pada Tahun 2016 sebanyak 807.884 jiwa atau hampir 20% dari jumlah penduduk Provinsi Bali.
Salah satu permasalahan mendasar yang dihadapi oleh Kabupaten Buleleng adalah sampah, yang selama ini ditangani langsung oleh Dinas Kebersihan dan Pertamanan Kabupaten Buleleng. Adanya proses pengelolaan sampah terutama sampah organik selain dapat mengurangi beban lingkungan, juga dapat mendatangkan nilai keuntungan ekonomis bagi masyarakat apabila sampah dapat diubah menjadi sesuatu yang berguna dan bermanfaat seperti kerajinan atau barang
PEMANFAATAN LIMBAH SERAT ALAM SEBAGAI PENGUAT
UNTUK PEMBUATAN MATERIAL KOMPOSIT BAGI SISWA SMK
SE-KABUPATEN BULELENG
1, 2, 3Jurusan Pendidikan Teknik Mesin FTK UNDIKSHA
Email: [email protected]
One of the problems in Buleleng regency is environmental problem of waste natural fiber produce by some tree. A solution offered is to apply the fiber processing technology produced by the tree as a composite material reinforcement thereby increasing the useful value of the waste itself. Materials used include: polyester resin which is widely available in the market area of Buleleng district and as a booster obtained from several plants such as coconut, agave sisal, and bast hibiscus tiliaceus fiber. This activity involves SMK students in Buleleng regency as trainees in the hope that the younger generation gain knowledge about the technique of making polyester composite reinforced by natural fiber waste. This activities run well and received enthusiastically by the students of SMK in Buleleng regency because the technology used is very simple and effective so that the process of making composite materials can be implemented.
Salah satu masalah yang dihadapi oleh kabupaten Buleleng adalah masalah lingkungan berupa sampah/limbah organik yang dihasilkan oleh beberapa pohon. Sebuah solusi yang ditawarkan yaitu menerapkan teknologi pengolahan serat yang dihasilkan oleh pohon sebagai penguat material komposit sehingga menambah nilai guna dari limbah itu sendiri. Bahan yang digunakan meliputi: resin polyester yang banyak terdapat di pasaran wilayah kabupaten Buleleng dan sebagai penguat diperoleh dari beberapa tanaman seperti serat kelapa, serat agave sisal, dan serat batang waru. Kegiatan ini melibatkan siswa SMK di kabupaten Buleleng sebagai peserta pelatihan dengan harapan generasi muda mendapatkan pengetahuan mengenai teknik pembuatan komposit polyester diperkuat dengan limbah serat alam. Kegiatan ini berjalan dengan baik dan diterima dengan antusias oleh para siswa SMK di kabupaten Buleleng karena teknologi yang digunakan sangat sederhana dan tepat guna sehingga proses pembuatan material komposit bisa dilaksanakan.
seni, pupuk organik dan lain sebagainya (Mujiburrahmad, 2014).
Meningkatnya penggunaan dan pemanfaatan serat-serat alam sebagai penguat terhadap komposit dewasa ini semakin berkembang, hal ini dipengaruhi oleh biaya produksi serta persaingan pasar yang tinggi. Penggunaan serat alam sebagai penguat di dalam polimer mempunyai keuntungan karena serat alam merupakan serat yang ramah lingkungan. Keuntungan dari serat alam yaitu densitasnya rendah, mudah terurai, kekakuannya tinggi, dan harganya yang relatif rendah (Uma, 2010).
Komposit merupakan bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabung (Kroschwitz, 1987). Komposit adalah bahan campuran yang terbuat dari resin polimer diperkuat dengan serat, menggabungkan sifat-sifat mekanik dan fisik. Ilustrasi ikatan dan sifat fisik polimer dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Komposisi Komposit (Sumber: Kaw, 1997)
Bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro yang didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran atau kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro berbeda dalam bentuk dan atau komposisi material yang tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984).
Material komposit mempunyai beberapa keuntungan diantaranya adalah (Schwartz, 1997):
1. Bobotnya ringan
2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang baik
3. Biaya produksi murah 4. Tahan korosi
Berdasarkan matriks yang digunakan komposit dapat dikelompokkan atas:
1. MMC: Metal Matriks Composite (menggunakan matriks logam). 2. CMC: Ceramic Matriks Composite
(menggunakan matriks keramik). 3. PMC: Polymer Matriks Composite
(menggunakan matriks polimer). Tegangan yang terjadi pada komposit dengan serat continue, akan diterima dan didistribusikan ke semua jalur serat. Berdasarkan grafik hasil pengujian yang menggambarkan hubungan antara fraksi volume serat dengan kekuatan impak komposit menunjukkan bahwa kekuatan impak komposit mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya fraksi volume serat agave sisal pada matriks polimer polyester, namun kekuatan impaknya menurun setelah melebihi fraksi volume serat 40%. Kekuatan impak tertinggi rata-rata 4.092,00818 J/m2 terjadi pada komposit
dengan fraksi volume serat agave sisal sebesar 40%, sedangkan kekuatan impak rata komposit tanpa serat pengisi (fraksi volume serat 0%) adalah sebesar 604,50120 J/m2. Peningkatan kekuatan impak ini
bertentangan dengan rumus aturan campuran atau yang dikenal dengan ROM (Rule Of Mixture) dengan serat continue seperti dibawah ini :
f f
m m
c V V
Dimana c dan adalah kekuatan f tarik dari komposit dan serat pengisi. Dalam hal ini Vf berbanding lurus dengan
c
sehingga penambahan serat akan meningkatkan kekuatan komposit. Sesuai dengan fungsi serat pengisi yaitu sebagai bahan penguat pada material komposit, penambahan serat pada batas fraksi volume tertentu (maksimum 80%) akan meningkatkan kemampuan komposit untuk menerima tegangan yang dibebankan. Peningkatan kekuatan sampai dengan fraksi volume serat 40% menunjukkan bahwa ikatan mekanik antara serat dan matrik masih baik. Ikatan mekanik yang dimaksud adalah penyebaran matrik cair ke seluruh permukaan serat dan mengisi setiap lekuk dari permukaan serat yang kasar sehingga terjadi mekanisme saling mengunci (interlocking mechanism), dimana semakin kasar permukaan serat (filler) maka semakin memperkuat ikatan yang terbentuk.
Peningkatan penggunaan material berbasis serat alam yang dapat diperbaharui adalah salah satu isu penting untuk mengurangi pemakaian material komposit berbasis serat sintesis yang dapat merusak lingkungan dan membawa pada perubahan iklim secara global. Sebagai alasan, komponen dengan bahan yang diperkuat serat alam dapat diuraikan oleh bakteri (biodegradability), sehingga dapat menyelamatkan lingkungan dari pencemaran. Untuk itu upaya terus dilakukan sebagai usaha pengembangan bahan komposit yang dapat diuraikan secara alami (biocomposites).
Pertimbangan yang mendasari pelatihan ini adalah karena disebabkan kurangnya pemanfaatan serat alam yang ada di Kabupaten Buleleng sehingga menjadi limbah yang dapat mencemari lingkungan. Di samping itu, ketersediaan serat alam sangat melimpah Hal lain yang menjadi pertimbangan adalah perlunya generasi muda yaitu para siswa SMK se-kabupaten Buleleng dibekali wawasan dan keterampilan untuk mengolah serat alam menjadi penguat material komposit sehingga jika lulus nantinya bisa menerapkan teknologi tepat guna, kreatifitas, dan jiwa kewirausahaannya untuk memproduksi berbagai produk berbasis material komposit.
METODE
Metode kegiatan yang dilaksanakan berupa pelatihan pembuatan komposit polyester dengan penguat serat alam yang memanfaatkan limbah dari beberapa tanaman/pohon yang dapat dimanfaatkan seratnya. Proses pelatihan dibagi dalam beberapa tahapan, yaitu: presentasi tentang teori dasar dan komposit pembuatan komposit, diskusi dan berbagi pengalaman kepada peserta, dan praktek pembuatan material komposit. Materi ceramah meliputi: pengertian komposit, matrik, jenis penguat, dan teknik pembuatan komposit. Untuk praktek pembuatan komposit meliputi: cara memurnikan serat, cara mencampur matrik, dan bagaimana proses cetak komposit.
Adapun langkah-langkah dalam praktek pembuatan komposit adalah sebagai berikut:
Pada tahap ini dilakukan perlakuan terhadap serat alam, dimana tahap pertama yaitu proses perendaman serat alam yakni dengan merendam serat alam dalam larutan 5% NaOH selama 2 jam kemudian dicuci dan dikeringkan. Selanjutnya diurai menjadi serat tunggal (single fiber).
2. Tahap persiapan matrik
Pada tahap ini dilakukan pengukuran volume resin dan hardener sesuai dengan perbandingan volume serat penguat yang dilakukan dengan 4 tahap pengadukan. Penambahan katalis dicampurkan sebanyak 1 % dari volume resin, kemudian diaduk secara merata selama 2 menit dan didiamkan selama kurang lebih 5 menit agar gelembung udara bisa terlepas.
3. Tahap mencetak komposit
Serat serat alam disusun pada cetakan dengan bentuk yang bervariasi (teratur/continue, acak/discontinue, dan anyaman/woven). Campuran resin dan hardener yang telah disiapkan dituang secara perlahan ke dalam cetakan yang telah disusun serat serat alam di dalamnya dan dibiarkan sampai 5 menit untuk menghilangkan gelembung udara yang terperangkap didalamnya. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kegiatan pelatihan pembuatan komposit polyester dengan memanfaatkan limbah serat alam sebagai media penguat yang nantinya menghasilkan produk yang memiliki nilai dan menambah nilai tambah bagi serat alam itu sendiri. Kegiatan pelatihan ini dilaksanakan di jurusan S1 Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
dan Kejuruan, Universitas Pendidikan Ganesha pada Jumat, 28 Juli 2017.
Kegiatan pelatihan dimulai dengan ceramah teoritis, yaitu: presentasi materi tentang komposit meliputi: pengertian dan jenis komposit, bagian komposit, bahan penyusun, dan cara pembuatan komposit, dimana juga dibagikan materi berupa makalah dan dilakukan demonstrasi tentang proses pembuatan dan cara menggunakan alat cetak komposit. Kegiatan ini ditutup dengan sesi diskusi untuk lebih memberi pemahaman kepada peserta sebagai evaluasi terhadap proses pemaparan materi itu sendiri. Adapun kegiatan pemberian materi komposit seperti ditunjukkan pada gambar 2 berikut ini.
Gambar 2. Kegiatan pemberian materi kepada peserta
Beberapa masukan yang diperoleh selama diskusi berlangsung, yaitu: bagaimana proses perlakuan awal terhadap serat alam, seperti proses dekortikasi untuk memperoleh serat dari batang atau daun dan proses perlakuan kimia untuk merekayasa permukaan serat dengan larutan alkali agar permukaan serat lebih kompatibel nantinya dengan permukaan resin. Semua proses di atas sangat perlu mendapatkan perhatian
karena sangat mempengaruhi hasil produk komposit yang dihasilkan nantinya.
Resin polyester yang digunakan dalam pelatihan ini ada 3 macam, yaitu: resin yucalac BQTN 157, 108 EX, dan 83K seperti ditunjukkan pada gambar 3. Penggunaan resin-resin tersebut karena di samping banyak terdapat di pasaran juga harganya relatif terjangkau. Hal ini terkait dengan upaya menciptakan bahan komposit yang mudah diperoleh serta murah harganya.
Gambar 3. Resin yang digunakan pada pelatihan komposit
Serat yang sudah diperoleh dari proses dekortikasi, dilanjutkan dengan perlakuan awal alkali dengan direndam dalam larutan 5% NaOH selama 2 jam, ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4. Proses perlakuan alkali Setelah itu serat dibilas dengan air hingga benar-benar bersih, untuk membersihkan kandungan kotoran, getah, dan lain-lain sehingga bisa dihilangkan yang ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5. Proses pencucian serat Selanjutnya serat dikeringkan beberapa saat dan dilanjutkan sehingga diperoleh serat yang siap pakai seperti pada gambar 6.
Gambar 6. Serat yang sudah siap digunakan Proses pembuatan komposit pada gambar 7 dilakukan dengan. Penyusunan serat harus dilakukan secara padat dan merata sehingga bisa tercipta komposit yang kuat dan tidak mudah pecah.
Gambar 7. Proses pembuatan komposit dengan cetakan
Setelah yakin penyusunan serat telah dilakukan dengan sempurna, proses selanjutnya yaitu pemberian resin. Sesaat setelah resin dituangkan ke dalam cetakan, bakal komposi ini ditempa dengan tekanan yang kuat, kemudian ditutup dan ditekan dengan alat tekan dan dibiarkan sampai kering, sehingga serat dan resin dapat
menyatu dengan sempurna, seperti ditunjukkan pada gambar 8.
Gambar 8. Komposit hasil cetakan Untuk hasil cetak komposit yang baik perlu diperhatikan beberapa faktor, yaitu: kadar air serat, kebersihan serat, orientasi serat, dan waktu penekanan. Besar tekanan dan waktu penekanan adalah sekitar 14-35 kg/cm2 selama 10-15 menit. Dengan
demikian, pemanfaatan limbah serat alam sebagai media penguat komposit polyester bisa diterapkan. Penggunaan limbah serat alam juga dapat meningkatkan nilai tambah di samping juga mengurangi sampah.
Berdasarkan hasil pantauan kegiatan pelatihan ini, diyakini program ini dapat menambah pengetahuan siswa SMK se-kabupaten Buleleng tentang pembuatan material komposit, dimana mereka mampu mengusai teknologi pembuatan komposit dengan memanfaatkan limbah serat alam. Kemudian, pemanfaatan limbah serat alam ini juga dapat mengurangi masalah limbah/sampah di kabupaten Buleleng dengan cara memanfaatkannya menjadi produk berguna dan bernilai tambah.
SIMPULAN
Limbah serat alam mempunyai potensi untuk dikembangkan menjadi penguat material komposit melalui upaya
penerapan teknologi tepat guna. Melalui program pelatihan teknik cetak komposit, dapat meningkatkan pengetahuan dan keterampilan siswa SMK se-kabupaten Buleleng. Kemudian, pemanfaatan limbah serat alam akan mengurangi masalah limbah dengan cara memanfaatkan serat alam tersebut menjadi media penguat material komposit.
DAFTAR RUJUKAN
Callister, William D. 1991. Material
Science and Engineering an
Introduction. New York: John Willey
and Sons Inc.
Gibson. R.F. 1994. Principle of Composite
Material Mechanics. Department of
Mechanical Engineering Wayne State University Detroit. Michigan: McGraw-Hill. Inc.
Jacobs, James A. Kilduf Thomas K. 1994.
Engineering Material Technology Structure, Processing. Property and
Selection 2. USA: Prentice Hall Inc A Simon Schuster Company.
Kaw, A.K.. 1997. Mechanics Of Composite
Material. Boca Raton: CRC Press.
Kroschwitz, J. L. 1987. Encyclopedie of
Polymer Science and Engineering.
2nd ed. New York: John Wiley and Sons Inc.
Mujiburrahmad, dkk. 2014. Kinerja Penyuluh Pertanian di Kabupaten Pidie Provinsi Aceh dalam Melaksanakan Tugas dan Fungsinya. Bogor: Universitas Jabal Ghafur. Jurnal Penyuluhan Vol. 10 No. 2. Smith, W.F. 1996. Priciples of Materials
Science and Engineering. 2nd ed.
Singapore: Mc Graw-Hil.
Schwartz, M. M.1984. Composite Material
