commit to user
(
Arenga Pinnata
)
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
MOHAMAD MACHBUBI NIM. I0404051
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
Pengaruh Fraksi Berat Serbuk Serat Aren Terhadap Sifat Fisik
Dan kekuatan
Bending
Komposit Semen - Serbuk Serat Aren
(
Arenga Pinnata
)
Disusun oleh
MOHAMAD MACHBUBI NIM. I 0404051
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT Dody Ariawan, ST., MT NIP.196810041999031002 NIP. 197308041999031003
Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada hari Selasa tanggal
27 Juli 2010
1. Heru Sukanto, ST., MT
NIP. 197207311997021001 ...
2. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT
NIP. 197101031997021001 ...
3. Bambang Kusharjanta, ST., MT
NIP. 196911161997021001 ...
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir
commit to user
MOTTO
Selalu optimis, berfikir efisien, berbesar hati menerima kekalahan
Hidup sehat, Jauhi narkoba
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan untuk:
1.
Ibuku
commit to user
v
Pengaruh Fraksi Berat Serbuk Serat Aren Terhadap Sifat Fisik Dan
Kekuatan
Bending
Komposit Semen - Serbuk Serat Aren (
Arenga
Pinnata
)
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah mengkaji pengaruh variasi fraksi berat serbuk serat aren (0,20; 0,22; 0,24 dan 0,26) terhadap nilai densitas, serapan air, dan kekuatan bending dari komposit semen serbuk serat aren (Arenga Pinnata). Komposit terbuat
dari serbuk serat aren, semen Portland, dan additive CaCl2. Pengujian densitas,
serapan air, dan kekuatan bending mengacu pada American Society for Testing and Materials (ASTM).
Pengujian kekuatan bending menggunakan alat UTM dan spesimen mengacu pada standar ASTM D 1037. Permukaan patah uji bending komposit diamati menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM).
Hasil pengujian densitas dan kekuatan bending semakin menurun seiring penambahan fraksi berat serbuk serat aren. Nilai densitas pada kandungan serbuk
serat aren 0,20 sebesar 1,57 g/cm3 dan pada kandungan serbuk serat aren 0,26 sebesar
1,23 g/cm3. Nilai kekuatan bending pada kandungan serbuk serat aren 0,20 sebesar
11,92 MPa dan pada kandungan serbuk serat aren 0,26 sebesar 6,24 MPa. Serapan air semakin meningkat seiring penambahan fraksi berat serbuk serat aren. Nilai serapan air pada kandungan serbuk serat aren 0,20 sebesar 21,16 % dan pada kandungan serbuk serat aren 0,26 nilai serapan air 36,04%. Hasil SEM menunjukan ikatan antara matrik dan filler baik.
Kata kunci: serbuk serat aren (Arenga Pinnata), komposit semen, kekuatan bending,
commit to user
vi
The Weight Fraction Effect of Sugar Palm Fiber Powder to the
Physical Properties and Bending Strength of Sugar Palm (
Arenga
Pinnata
) Fiber Powder - Cement Composite
Abstract
The aim of this research is to investigate the weight fraction effect of sugar palm fiber powder which has variation of 0,20; 0,22; 0,24 and 0,26 to the bending strength value, density and water absorption of sugar palm (Arenga Pinnata) fiber powder cement composite. This composite composed of sugar palm powder, Portland
cement, and CaCl2 additive. This research based on American Society for Testing and
Materials (ASTM).
The bending test was done by Universal Testing Machine and based on ASTM D 1037. The surface fracture of bending composite was observed with Scanning Electron Microscope (SEM).
The bending strength and density decrease along with the increasing of sugar palm fiber powder weight fraction. The density value of composite with 0,20 sugar
palm fiber powder is 1,57 g/cm3 and composite with 0,26 sugar palm fiber powder is
1,23 g/cm3. The bending strength value of composite with 0,20 sugar palm fiber
powder is 11,92 MPa and composite with 0,26 sugar palm fiber powder is 6,24 MPa. The water absorption increase along with the increasing of sugar palm fiber powder. The water absorption value of composite with 0,20 sugar palm fiber powder is 21,16% and composite with 0,26 sugar palm fiber powder is 36,04%. Based on the Scanning Electron Microscope, the matrix and filler tie strongly.
Keywords: sugar palm (Arenga Pinnata) fiber powder, cement composite, bending
commit to user
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta
hidayah-Nya dan sholawat serta salam kepada junjungan kita Nabi besar Muhamad SAW
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar tanpa halangan yang
berarti. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
memberikan bantuannya baik secara langsung dan tidak langsung.Ucapan terima
kasih penulis sampaikan kepada :
1. Bapak Dody Ariawan, ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FT UNS,
serta selaku dosen pembimbing skripsi.
2. Bapak Ir. Wijang Wisnu R, MT selaku dosen pembimbing skripsi.
3. Bapak Teguh Triyono, ST selaku pembimbing akademis.
4. Bapak-bapak dosen di jurusan Teknik Mesin UNS.
5. Seluruh jajaran staff FT UNS.
6. Teman-teman TA Komposit dan teman-teman mahasiswa Teknik Mesin UNS
angkatan ’04 serta teman-teman kost NUGROHO II.
7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, atas segala
bantuannya dalam proses penulisan skripsi ini, mohon maaf atas segala tingkah
laku yang tidak berkenan dihati selama ini dan terima kasih atas partisipasinya.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan, untuk
itu masukan dan saran yang membangun akan penulis terima dengan ikhlas dan
penulis ucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat memberikan
manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.
Surakarta, Maret 2010
commit to user
viii
DAFTAR ISI
Halaman Judul Surat Penugasan Halaman Pengesahan Motto dan Persembahan Abstrak
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Batasan Masalah
1.4. Tujuan Penelitian
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
DASAR TEORI
1.1. Tinjauan Pustaka
1.2. Dasar Teori
1.3. Komponen Penyusun Komposit
1.3.1.Semen (Matriks)
1.3.2.Material Pengisi (Filler)
1.3.3. Air
1.3.4. Additive (admixtures)
1.4. Ikatan komposit
1.5. Kualitas Komposit
1.5.1. Fraksi Berat Komposit
1.5.2. Densitas Komposit
1.5.3. Serapan Air
1.5.4. Kekuatan Bending Komposit
1.5.5. SEM (Scaning Electron Microscopy)
METODOLOGI PENELITIAN
1.1. Pelaksanaan Penelitian
1.2. Bahan Penelitian
1.3. Alat Penelitian
1.4. Tahapan Penelitian
1.5. Prosedur Penelitian
1.5.1. Pembuatan Komposit
1.5.2. Pengujian Sifat Fisik (densitas, serapan air)
commit to user
4.1. Pengaruh Fraksi Berat Serbuk Serat Aren Terhadap
Densitas Komposit
4.2. Pengaruh Fraksi Berat Serbuk Serat Aren Terhadap
Serapan Air Komposit
4.3. Pengujian Bending
4.3.1. Pengaruh Fraksi Berat Serbuk Serat Aren
Terhadap Kekuatan Bending Komposit
4.3.2. Pengamatan Bentuk dan Permukaan Patah
commit to user
Sketsa kontruksi uji densitas komposit Sketsa uji bending
Dimensi spesimen uji serapan air Dimensi spesimen uji bending Diagram alir penelitian
Kurva pengaruh fraksi berat serbuk serat aren terhadap densitas komposit
Kurva pengaruh fraksi berat serbuk serat aren terhadap serapan air komposit
Kurva pengaruh fraksi berat serbuk serat aren terhadap kekuatan bending komposit
Bentuk permukaan patah uji bending
commit to user
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5
Data uji densitas komposit. Data uji serapan air komposit. Data uji bending komposit.
Contoh perhitungan pengujian komposit. Foto SEM
commit to user
mengatasi hal tersebut perlu dicari solusinya. Oleh karena itu untuk menciptakan
produk alternatif baru harus terus dilakukan.
Perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat pesat.
Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas, seperti untuk
peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara), konstruksi dan dunia
antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain: tahan korosi, rasio
antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi, murah dan proses pembuatannya
mudah (Gay dkk, 2003).
Aren (Arenga Pinnata) merupakan tanaman serba guna. Tanaman palma daerah
tropis basah ini beradaptasi baik pada berbagai agroklimat, mulai dari dataran rendah
hingga 1.400 m di atas permukaan laut. Dalam industri pembuatan papan semen,
dibutuhkan material penguat yang mempunyai sifat kekuatan tinggi, elastis, diameter
serat seragam. Serat aren berbeda dengan serat kayu, serat aren bersifat elastis,
jaringan formasi tampak lebih homogen. Dalam hal ini serat aren memenuhi kriteria
tersebut (Astuti, 2006).
Saat ini sudah ada penelitian tentang komposit panel sebagai material pengganti
kayu, dan serat aren dapat digunakan sebagai material pengisi (filler) pada komposit
panel. Cement Bonded Particleboad (CBP) merupakan salah satu cara memproduksi
panel komposit yang memanfaatkan berbagai serat alam misalnya: bambu, sekam
padi, serta daun kering yang dibuat menjadi serpihan kecil dan disatukan dengan
menggunakan semen. Bambu dapat digunakan sebagai material pengisi pada
komposit semen, untuk aplikasi di perumahan dan ramah lingkungan (Sudin dkk,
commit to user
Sifat mekanik dan fisik dari komposit semen yang diperkuat dengan serat
tergantung pada banyak para meter seperti densitas, perbandingan semen air,
kekuatan serat, serta material tambahan (Eva, 2008). Pemakaian semen dengan
jumlah yang lebih besar akan meningkatkan kekuatan komposit. Hal ini dikarenakan
semen dapat mengikat filler lebih banyak (Frybort dkk, 2008).
Penambahan 10% additive dari berat semen pada komposit semen serat akan
meningkatkan sifat mekaniknya. Jumlah semen yang sedikit akan mempengaruhi
kekuatan dari komposit tersebut karena semen tidak bisa mengikat serat lebih banyak
(Meneeis dkk, 2007).
Filler memberikan kemudahan dalam desain dimensi komposit yang diinginkan,
dan selain sebagai material pengisi, material serbuk atau serpih juga digunakan
sebagai material penguat komposit tetapi tidak seefektif fiber (Gibson, 1994).
Serat alam mampu meredam suara dan isolasi temperatur. Selain itu juga
memiliki densitas rendah dan kemampuan mekanik tinggi sehingga dapat memenuhi
kebutuhan industri (Felix dkk, 1991), (Karnani dkk, 1997) dan (Raharjo, 2002),
meskipun dapat menggantikan peran serat buatan tetapi jika ditinjau dari segi
kekuatan dan rekayasa serat alam masih tertinggal. Oleh karena itu, secara aplikatif
komposit serat alam dapat diterapkan pada struktur yang tidak memerlukan kekuatan
tinggi.
Aplikasi serat aren dalam bidang komposit dapat digunakan sebagai penguat
(filler) 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, internit, ataupun struktur arsitektur.
Pada penelitian kali ini serat yang digunakan adalah serat batang aren 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
commit to user
1.2.Rumusan Masalah
a. Bagaimana sifat fisik (densitas dan serapan air) komposit yang dihasilkan,
untuk berbagai variasi fraksi berat serbuk serat aren ?
b. Bagaimana kekuatan bending komposit yang dihasilkan, untuk berbagai
variasi fraksi berat serbuk serat aren?
c. Bagaimana bentuk patahan semen pada komposit dengan SEM ?
1.3.Batasan Masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut:
a. Penelitian ini hanya mengkaji sifat fisik komposit semen serbuk aren berupa
densitas, serapan air, dan sifat mekanik berupa kekuatan bending.
b. Serbuk serat aren mesh 80.
c. Fraksi berat semen 0,20; 0,22; 0,24 dan 0,26.
d. Material komposit dianggap homogen.
1.4.Tujuan Penelitian
a. Mengetahui pengaruh fraksi berat serbuk serat aren terhadap sifat fisik
(densitas dan serapan air) komposit semen serbuk serat aren.
b. Mengetahui pengaruh fraksi berat serbuk serat aren terhadap kekuatan bending
komposit semen serbuk serat aren.
c. Mengetahui bentuk patahan hasil pengujian bending.
1.5.Manfaat Penelitian
Manfaat dari kajian ini adalah
a. Memberi masukan bagi kalangan akademisi praktisi serta pihak terkait
mengenai seberapa besar pengaruh variasi fraksi berat serbuk serat aren
terhadap sifat fisik dan mekanik komposit semen serbuk serat aren.
b. Sebagai informasi yang penting bagi kalangan industri sebagai landasan bagi
commit to user
c. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai salah satu bahan
pertimbangan untuk mengolah hasil limbah yang mudah didapatkan di sekitar
kita menjadi bahan yang memiliki kegunaan luas.
d. Sebagai literatur pada penelitian yang sejenis dalam rangka pengembangan
teknologi khususnya bidang komposit.
1.6.Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
a. Bab I Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan
masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika
penulisan tugas akhir.
b. Bab II Dasar teori, berisi tinjauan pustaka serta kajian teoritis yang memuat
penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan dengan
permasalahan yang diteliti.
c. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat
dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.
d. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data
hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.
e. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulan memuat
petanyaan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil penelitian serta
merupakan jawaban dari tujuan penelitian dan pembuktian kebenaran hipotesis.
Saran memuat pengalaman dan pertimbangan penulis yang ditunjukkan kepada
para peneliti yang ingin melanjutkan atau mengembangkan penelitian yang
commit to user
penelitian menunjukan karakteristik 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.
Peningkatan kandungan additive 10 % dari berat semen akan meningkatkan sifat
mekanik komposit tetapi dimensi menjadi tidak stabil. Perbandingan semen dan kayu
yang rendah menyebabkan kekuatan komposit rendah (Meneeis dkk, 2007).
Frybort (2008) menyimpulkan bahwa penambahan panjang serat alam yang
dikombinasikan dengan semen akan meningkatkan kekuatan mekanik dan
kekakuannya. Partikel serat yang tebal akan memiliki kekuatan mekanik yang lebih
tinggi dari pada pemakaian serat yang tipis.
Studi percobaan mengenai betuk retak dengan pembebanan bending dan tarik
pada komposit semen serat kontinyu yang dilakukan oleh (Silva, dkk 2009),
menyimpulkan bahwa daerah elastis memiliki modulus yang tinggi (30-34 GPa).
Retak berkurang secara signifikan terhadap elastisitas, kekuatan maksimum rata-rata
komposit 12 MPa untuk pembebanan tarik dan 25 MPa untuk pembebanan bending.
Penelitian oleh Guntekin (2009) yang menggunakan semen dan serat cemara
menyimpulkan bahwa peningkatan rasio serat dan semen pada kondisi basah akan
meningkatan kekuatan lentur, kekuatan tarik penurunan modulus elastisitasnya dan
terjadi perubahan warna pada komposit semen.
2.2.Dasar Teori
Struktur material dalam bidang engineering dapat dibagi menjadi empat kategori,
yaitu logam, polimer, keramik, dan komposit. Definisi tentang material komposit,
commit to user
melalui penyusunan secara sintetik dua atau lebih komponen yaitu, suatu bahan
pengisi (filler) atau semacam senyawa penguat tertentu dan bahan pengikatnya (yang
umumnya ada dalam jumlah dominan/matrik), yang dinamakan resin untuk
mendapatkan karakteristik dan sifat-sifat tertentu” (Schwartz, 1984).
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.
Matrik harus menjaga serat tetap dalam lokasi dan orientasi yang dikehendaki. Matrik
juga berfungsi sebagai media transfer beban antar serat, pelindung serat dari
kerusakan sebelum, ketika dan setelah proses pembuatan komposit, serta melindungi
dari pengaruh abrasif antar serat (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 yang
bertindak sendiri-sendiri (Schwardz, 1984).
Berdasarkan bentuk komponen strukturalnya, bentuk-bentuk komponen utama
yang digunakan dalam material komposit dapat dibagi atas tiga kelas (Schwartz,
1984), yaitu:
a. Komposit Serat
Komposit serat (Fibricus Composite) adalah komposit yang terdiri dari serat
dan matrik yang dibuat secara fabrikasi, misalnya serat ditambah resin sebagai
bahan perekat. Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri
dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat.
Serat yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers,
dan sebagainya. Serat ini disusun secara acak (Chopped Strand Mat) maupun
dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih komplek
seperti anyaman, sebagai contoh FRP (Fibrous Reinforce Plastic) plastik yang
commit to user
contoh lainnya PCB (Pulp Cement Bord) semen yang diperkaya dengan serat
pulp dan dicetak dalam lembaran datar atau gelombang. PCB menggantikan
papan asbes dalam penggunaannya, karena asbes akan terhisap dan merugikan
kesehatan dengan menimbulkan gangguan kesehatan pada paru-paru.
b. Komposit Partikel
Komposit partikel (Particulate Composite) adalah komposit yang terdiri dari
partikel dan matrik yaitu butiran. Komposit partikel mempunyai bahan
penguat yang dimensinya kurang lebih sama, seperti bulat serpih, balok, serta
bentuk-bentuk lainnya yang memiliki sumbu hampir sama, yang kerap disebut
partikel, dan bisa terbuat dari satu atau lebih material yang dibenamkan dalam
suatu matriks dengan material yang berbeda. Partikelnya bisa logam atau
nonlogam, seperti halnya matrik. Adapula polimer yang mengandung partikel
yang hanya dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan
untuk kepentingan sebagai bahan penguat. Komposit ini biasa dinamakan
komposit skeletal/bermuatan.
c. Komposit Laminat.
Komposit laminat (Laminated Composite), merupakan jenis komposit yang
tersusun atas dua atau lebih lamina. Komposit serat dalam bentuk lamina ini
yang paling banyak digunakan dalam lingkup teknologi otomotif maupun
industri.
2.3.Komponen Penyusun Komposit
2.3.1. Semen (Matrik)
Polimer, logam, dan keramik digunakan sebagai material matrik dalam komposit
tergantung pada kebutuhan tertentu. Matrik di dalam komposit mengikat serat secara
bersama-sama dalam suatu unit struktural dan melindungi serat dari kerusakan
eksternal, mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat, dan pada beberapa kasus
memberikan sifat yang diinginkan seperti keuletan, ketangguhan, atau isolasi listrik
