BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Tinjauan Umum Tanaman Kelapa Hibrida
Kelapa (Cocos nucifera) merupakan salah satu anggota tanaman palma yang paling dikenal dan banyak tersebar di daerah tropis. Tinggi pohon kelapa dapat mencapai 10 - 14 meter lebih, daunnya berpelepah dengan panjang dapat mencapai 3 - 4 meter lebih dengan sirip-sirip lidi yang menopang tiap helaian.Tanaman ini dimanfaatkan hampir semua bagiannya oleh manusia sehingga dianggap sebagai tumbuhan serbaguna, terutama bagi masyarakat pesisir.Tanaman ini diperkirakan berasal dari pesisir Samudera Hindia di sisi Asia, namun kini telah menyebar luas di seluruh pantai tropika dunia.
Gambar 2.1 Pokok Kelapa Hibrida
Kelapa Hibrida yang merupakan persilangan antara kelapa dalam dan
tepat untuk mendapatkan pemanenan buah kelapa yang jauh lebih banyak dan berkualitas. Dengan buahnya yang lebat, Kelapa Hibrida ini ternyata mampu untuk menghasilkan buah setelah 4-5 tahun setelah masa tanam. serta pohonnya yang tidak terlalu tinggi menjadi kelebihan jenis kelapa hibrida ini, dengan pohon yang rendah tentunya lebih memperkecil resiko dan mempermudah dari pemanenan buah kelapa ini.
Bibit Kelapa Hibrida yang masih kecil rentan terhadap hama penyakit.
Diantaranya yaitu Cendana Phytophthora yang dapat menyebabkan busuk tanaman.Namun hama tersebut bisa kita kendalikan dengan fungisida Alliete yang di injeksikan melalui akar. Perawatan bibit kelapa hibrida ini meliputi Penyiraman, pemupukan dan pengendalian gulma tanaman. pemupukan kelapa hibrida ini, idealnya di lakukan dua kali dalam setahun. Pemupukan sebaiknya di lakukan pada awal dan akhir musim hujan. Jika pemeliharaan dan perawatan tanaman kelapa hibrida baik, tentunya juga hasilnya akan membuat anda puas.
Berikut merupakan beberapa keunggulan yang di miliki oleh pohon kelapa hibrida :
1. Lebih cepat berbuah, dalam jangka waktu 3-4 tahun sudah dapat dipanen buahnya.
2. Produktivitas sekitar 140 butir/ pohon/ tahun
3. Produksi kopra tinggi sekitar 6-7 ton per Hektar setiap tahunnya pada umur tanaman 10 tahun.
4. Daging tebal, keras dan kandungan minyaknya tinggi.
5. Produktivitas tandan buah, sekitar 12 tandan dan berisi sekitar 10-20 butir buah kelapa. sedangkan daging buah mempunyai ketebalan sekitar 1,5 c
2.2Komposit
2.2.1 Defenisi Komposit
“to compose” yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan. Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang di gabung secara makroskopis. Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal di mana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja sama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
+
Gambar 2.2Fasa-fasa pembentuk komposit
Keterangan gambar :
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, pelindung permukaan filler, dan media transfer tegangan.
2. Penguat/ serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan dua atau lebih bahan yang terpisah.
2.2.2 Klasifikasi Material Komposit
Sesuai dengan definisinya, maka bahan material komposit terdiri dari unsur-unsur penyusun.Komponen ini dapat berupa unsur organik, anorganik ataupun metalik dalam bentuk serat, serpihan, partikel dan lapisan.
Gambar 2.3 Komposit Dengan Unsur-Unsur Penyusun Yang Berbeda-Beda (Gibson, 1994).
Jika ditinjau dari unsur pokok penyusun suatu bahan komposit, maka komposit dapat dibedakan atas beberapa bagian antara lain :
a. Komposit Serat (Fibrous Composites Material)
Komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan dasar) yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat ditambahkan resin sebagai bahan perekat.
Gambar 2.4 Komposit Serat (Gibson, 1994)
Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber).Fiber yang digunakan bisa berupa glass fiber, carbon fibers, armid fibers (poly 17 aramide), dan sebagainya.Fiber ini bisa disusun secara acak (chopped strand
lebih kompleks seperti anyaman. Berdasarkan penempatannya terdapat bebarapa jenis serat pada komposit, yaitu :
1. Continous Fibre Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya.Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan.
Gambar 2.5 Continous Fiber Composite (Gibson, 1994)
2. Woven Fibre Composite (Bi-Rectional)
Komposit jenis ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan.Susunan seratnya memanjang yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.
3. Discountinous Fibre Composite
Discontinous fibre composite adalah tipe serat pendek. Komposit yang
diperkuat oleh serat pendek pada umumya menggunakan resin sebagai matriksnya. Dalam pembuatan komposit serat pendek ini dipotong-potong pendek 20-100 mm panjangnya.
4. Hybrid fiber composite
Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat
lurus dengan serat acak.Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat sendiri.
Gambar 2.6Laminated Composites (Gibson, 1994)
Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminate glass yang sering digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya manipulasi makroskopis yang dilakukan terhadap ketahanan korosi, kuat dan tahan terhadap temperatur.Komposit ini terdiri dari bermacam-macam lapisan material dalam satu matriks. Bentuk nyata dari komposit lamina adalah :
1) Bimetal
Adalah lapis dari dua buah logam yang mempunyai koefisien ekspansi termal yang berbeda. Bimetal akan melangkung dengan seiring berubahnya suhu sesuai dengan perancangan, sehingga jenis ini sangat cocok dengan alat ukur suhu.
2) Pelapisan Logam
Adalah pelapisan yang dilakukan antara logam yang satu dengan yang lainnya dengan tujuan untuk mendapatkan sifat terbaik dari keduanya.
3) Kaca Yang Dilapisi
Konsep ini sama dengan pelapisan logam, kaca yang dilapisi akan lebih tahan terhadap cuaca.
4) Komposit Lapis Serat
c. Komposit Partikel (Particulate Composites Materials)
Merupakan jenis komposit yang menggunakan pertikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya. Komposit ini biasanya mempunyai bahan penguat yang dimensinya kurang lebih sama, seperti bulat serpih, balok, serat bentuk-bentuk lainnya yang memiliki sumbu hampir sama yang disebut partikel, dan bisa terbuat dari satu atau lebih material yang dibenamkan dalam suatu matriks dengan material yang berbeda. Partikelnya bisa logam atau non logam seperti halnya matriks.Selain itu adapula polimer yang mengandung partikel yang hanya dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan untuk kepentingan sebagai bahan penguat.
Gambar 2.7 Komposit Partikel (Gibson, 1994)
Pada umumnya komposit dibagi dalam tiga kelompok adalah :
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix composite – PMC) bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan yang biasa disebut dengan Polimer Berpenguat Serat (FRP – Fiber Reinforced Polymers or Plastis), bahan ini menggunakan suatu polimer berdasar
resin sebagai matriknya, seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) yang digunakan sebagai penguatnya.
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composite – MMC) ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti alumnium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida.
menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (Whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida.
Gambar 2.8 diagram komposit berdasarkan bahan penyusunnya
d. Flake Composite (Komposit serpihan)
terdiri atas serpihan - serpihan yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan ke dalam matriks. Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar permukaannya.Sifat - sifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar dan datar sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas penampang lintang tertentu.Pada umumnya serpihan - serpihan saling tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena penetrasi atau perembesan.
2.2.3 Faktor yang Mempengaruhi Sifat-Sifat Mekanik Komposit
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi performa komposit, baik dari faktor serat penyusunnya, maupun faktor matriksnya, yaitu:
Serat panjang lebih kuat dibandingkan dengan serat pendek.Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit.Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.Bentuk serat tidak mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Semakin kecil diameter serat, maka akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi.
2. Faktor Matriks
Matriks sangat berpengaruh dalam mempengaruhi performa komposit. Tergantung dari matriks jenis apa yang dipakainya, dan untuk tujuan apa dalam pemakaian matriks tersebut.
3. Katalis
Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.
2.2.4 Keuntungan Komposit
Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahankonvensional seperti logam.Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihatdari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, biaya.Beberapa keuntungan komposit dibawah ini :
• Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yangmempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahankonvensional.
dalam industripembuatan seperti automobile dan penerbangan. Ini karenaberhubungan dengan penghematan bahan bakar.
• Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility(berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifatyang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenismatriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkanlebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposithibrid.
• Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam;kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnyalebih tinggi dari logam.
• Dibanding dengan material konvensional keunggulan kompositantara lain yaitu memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability),tahanan lelah (fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, danmemiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yangtinggi.
• Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yangringan. Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula
2.3 Matriks
• Matrik memegang dan mempertahankan serat pada posisinya. • Pada saat pembebanan, merubah bentuk dan mendistribusikan
tegangan ke unsur utamanya yaitu serat.
• Memberikan sifat tertentu, misalnya ductility, toughness dan electrical insulation
Menurut Diharjo (1999), bahan matrik yang sering digunakan dalam komposit antara lain :
a. Polimer.
Polimer merupakan bahan matrik yang paling seringdigunakan. Adapun jenis polimer yaitu:
• Thermoset, adalah plastik atau resin yang tidak bisa berubah karena panas (tidak bisa di daur ulang). Misalnya :epoxy, polyester, phenotic.
• Termoplastik, adalah plastik atau resin yang dapat dilunakkan terus menerus dengan pemanasan atau dikeraskan dengan pendinginan dan bisa berubah karena panas (bisa didaur ulang). Misalnya :Polyamid, nylon, polysurface, polyether. b. Keramik.
Pembuatan komposit dengan bahan keramik yaitu Keramik dituangkan pada serat yang telah diatur orientasinya dan keramik merupakan matrik yang tahan pada temperatur tinggi.Misalnya :SiC dan SiN yang sampai tahan pada temperatur 1650 C.
c. Karet.
Karet adalah polimer bersistem cross linked yangmempunyai kondisi semi kristalin dibawah temperatur kamar.
d. Matrik logam
e. Matrik karbon.
Fiber yang direkatkan dengan karbon sehingga terjadikarbonisasi.
Pemilihan matrik harus didasarkan pada kemampuan regangan saat patah yang lebih besar dibandingkan denganfiller. Selain itu juga perlunya diperhatikan berat jenis,viskositas, kemampuan membasahi filler, tekanan dan suhu curring, penyusutan dan voids.
Voids (kekosongan) yang terjadi pada matrik sangatlah berbahaya, karena pada bagian tersebut fiber tidak didukung oleh matriks, sedangkan fiber selalu akan mentransfer tegangan ke matriks. Hal seperti ini menjadi penyebab munculnya crack, sehingga komposit akan gagal lebih awal. Kekuatan komposit terkait dengan void adalah berbanding terbalik yaitu semakin banyak void maka komposit semakin rapuh dan apabila sedikit void komposit semakin kuat.
Dalam pembuatan sebuah komposit, matriks berfungsi sebagai pengikat bahan penguat, dan juga sebagai pelindung partikel dari kerusakan oleh faktor lingkungan.Beberapa bahan matriks dapat memberikan sifat-sifat yang diperlukan sebagai keliatan dan ketangguhan. Pada penelitian ini matrik yang digunakan adalah polimer termoset dengan jenis resin polyester.
2.4 Serat
Serat atau fiber dalam bahan komposit berperansebagai bagian utamayang menahan beban, sehinggabesar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantungdari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan(diameter serat mendekati ukuran kristal) maka semakinkuat bahantersebut, karena minimnya cacat pada material(Triyono,& Diharjo k, 2000).Selain itu serat (fiber) juga merupakan unsur yangterpenting, karena seratlah nantinya yang akan menentukansifat mekanik komposit tersebut seperti kekakuan, keuletan,kekuatan dsb. Fungsi utama dari serat adalah:
• Sebagai pembawa beban. Dalam struktur komposit 70% - 90% beban dibawa oleh serat.
• Memberikan sifat kekakuan, kekuatan, stabilitas panas dan sifat-sifat lain dalam komposit.
• Memberikan insulasi kelistrikan (konduktivitas) pada komposit, tetapi ini tergantung dari serat yang digunakan.
2.5 Material komposit serat sabut kelapa
Material komposit serat sabut kelapa terdiri dari serat sabut kelapa yang sudah mendapat perlakuan alkali ( NaOH ) dan polyester resin tak jenuh. Sementara untuk mempercepat proses polymerisasi digunakan katalis jenis MEKP.
2.5.1Polyester Resin Tak Jenuh
Polyester resin tak jenuh merupakan polimer kondensat yang
asam phthalic dan asam maleic.Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermoset yang memilikistruktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang
berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukan. (Schwarts, 1983).
Desain struktur dilakukan dengan cara pemilihan matriks dan penguat, hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan. Dalam desain struktur ini jenis matriks yang akan digunakan adalahPolyester resin tak jenuh diperkuat dengan serat sabut kelapa. Matriks initergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak.Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan. (Agus Pramono, 2008).
Data karakteristik mekanik material polyester resin tak jenuh seperti terlihat pada tabel.
Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh. Sifat Mekanik Satuan Besaran
Berat jenis (ρ) kg/mm3 1,215.10-6
Modulus Elastisitas N/mm2 2941.8
Kekuatan Tarik (σT) N/mm2 54
Elongasi % 1,6
Sumber: PT. Justus Kimia Raya, 2007
Umumnya material ini digunakan dalam proses pembentukan dengan cara penuangan antara lain perbaikan body kenderaan bermotor, pengisi kayu dan sebagai material perekat. Material ini memiliki sifat perekat yang baik, dan dapat digunakan untuk memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa jenis material yang berbeda.Material ini memiliki umur pakai yang panjang, kestabilan terhadap sinar Ultraviolet (UV), dan daya tahan yang baik terhadap serapan air. Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak kedalam bentuk komposit, dimana material-material penguat, seperti serat kaca, karbon dan lain-lain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut sementara ketika dalam keadaan tunggal material ini bersifat rapuh dan kaku. (Hull, 1992)
2.5.2 Katalis
Katalis adalah zat yang ditambahkan ke dalam suatu reaksi dengan maksud memperbesar laju reaksi.Katalis terkadang ikut terlibat dalam reaksi, tetapi tidak mengalami perubahan kimiawi yang permanen. Dengan kata lain, pada akhir reaksi katalis akan dijumpai kembali dalam bentuk dan jumlah yang sama seperti sebelum reaksi. Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau mengabsorpsi zat yang direaksikan.
menurunkan energi pengaktifan dengan menghindari tahap penentu laju yang lambat dari reaksi yang tidak dapat di katalisa. Dengan menurunnya energi aktifasi maka pada temperatur yang sama didapatkan laju reaksi yang tidak dapat di katalisa. Fungsi utama dari katalis ini adalah menyediakan reaksi alternatif dalam suatu reaksi kimia.
Pada temperatur tetap, fungsi katalis dalam reaksi kimia adalah sebagai berikut:
1. Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktifasi
2. Katalis menyediakan reaksi alternatif dalam suatu reaksi kimia. 3. Katalis mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan reaksi. 4. Katalis mempercepat reaksi maju dan reaksi balik sama besar.
Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap pereaksi.Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivitas yang lebih rendah.Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi.
2.5.3 Perlakuan Alkali ( NaOH )
NaOH atau sering disebut alkali digunakan untuk menghilangkan kotoran atau lignin pada serat dengan sifat alami serat adalah Hyrophilic, yaitu suka terhadap air.berbeda dengan polimer yang hydrophilic. Pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami hyrophilic serat dapat memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal (Bismarck dkk 2002).
arrhenius basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion OH negatif dan ion positif. Larutan basa memiliki rasa pahit, dan jika mengenai tangan terasa licin (seperti sabun).Sifat licin terhadap kulit itu disebut sifat kaustik basa.Salah satu indikator yang digunakan untuk menunjukkkankebasaan adalah lakmus merah. Bila lakmus merahdimasukkan ke dalam larutan basa maka berubah menjadi biru
2.5.4 Serat sabut kelapa hibrida
Serat sabut kelapa adalah serat alami alternatif dalam pembuatan komposit, yang pemanfaatannya terus dikembangkan agar dihasilkan komposit yang lebih sempurna dikemudian hari.Serat kelapa ini mulai dilirik penggunannya karena selain mudah didapat, murah, dapat mengurangi polusi lingkungan (biodegradability) sehingga komposit ini mampu mengatasi permasalahan lingkungan yang mungkin timbul dari banyaknya serat kelapa yang tidak dimanfaatkan, serta tidak membahayakan kesehatan.
Gambar 2.9 Serat Sabut Kelapa
Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) banyak terdapat di daerah beriklim tropis.Pohon kelapa diperkirakan dapat ditemukan di lebih dari 80 negara.Indonesia merupakan negara agraris yang menempati posisi ketiga setelah Pilipina dan India, sebagai penghasil kelapa terbesar di dunia. Pohon ini merupakan tanaman yang sangat produktif, dimana dari daun hingga akarnya dapat diolah menjadi produk teknologi maupun bahan bangunan atau keperluan sehari-hari sehingga pohon kelapa dijuluki sebagai TheTree of Life (pohon kehidupan) dan A Heavenly Tree (pohon surga)
Sifat mekanis serat sabut kelapa sudah banyak dipublikasikan. Kondisi fisik permukaan dan penampang serat sabut kelapa dapat dilihat pada Gambar 1 dimana penampang dari serat sabut kelapa tidak berbentuk bulat tapi berbentuk oval.
(a)
Gambar 2.10 Analisis SEM serat sabut kelapa (a) permukaan serat (b) penampang serat ( Bakri, 2009)
Sifat mekanis telah dievaluasi sebagai fungsi dari perlakuan diameter serat, dimensi panjang dan strain rate (Kulkurani, dkk ,1998). Kemudian, Silva dkk, 1999 telah menguji sifat mekanis dan termal dari serat kelapa yang dipengaruhi oleh perlakuan alkali.Tomczak dkk (2008) juga telah meneliti bahwa semakin besar diameter serat sabut kelapa, kekuatan dan modulus Young semakin kecil (turun). Lebih lanjut, sifat mikromekanik deformasi serat sabut kelapa dengan menggunakan Raman spectroscopytelah didapatkan oleh Bakri dkk,(2010). Bakri (2010) telah menentukan sifat mekanis serat sabut kelapa dengan meninjau dari dimensi panjang spesimen.Beberapa sifat mekanis serat alam yang dibandingkan dengan salah satu serat konvensional (serat gelas) yang biasa digunakan dalam material adalah seperti pada Tabel 1. Serat sabut kelapa memiliki kekuatan tarik dan modulus yang lebih rendah dibanding dengan serat lainnya, namun elongasinya yang paling tinggi mencapai 30%
2.6 Aplikasi komposit serat kelapa
Komposit serat alam telah diaplikasikan diberbagai bidang industri seperti automotif, alat-alat olahraga dan sebagainya. Produsen mobil Daimler-Bens telah memanfaatkan serat alam seperti flax, sisal, serat kelapa, kapas, dan hemp pada 10 tahun terakhir sebagai penguat bahan komposit untuk interior kendaraan Daimler Chrysler (dalam upholstery, panel pintu). Yuhazri dkk (2007) telah memanfaatkan serat sabut kelapa untuk memperkuat epoxi resin dalam membuat helm, namun belum dalam skala industri. Beberapa produk yang mungkin dapat dibuat dari komposit serat sabut kelapa menurut laporan dari Industrial Technology Institute, Colombo Sri Lanka dan the Delft University of Technology, Netherlands tahun 2003 adalah badan perahu nelayan, sandaran kursi, kursi stadion dan penutup bak sampah. Potensi produk ini dapat dikembangkan pula di Sulawesi Tengah mengingat daerah ini merupakan penghasil kelapa.
2.7 Teknik pembuatan material komposit
Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan suhu dan tekanan yang tinggi.Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi lembut atau melebur. Proses
Pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam keadaan cair. Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung 2. Metode pemampatan atau tekan 3. Metode pemberian tekanan dan panas
pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada material bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini umumnya berupa injeksi, mampatan atau semprotan.Material yang cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel. Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan, dimana metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas awal yang bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat kecil
2.8 Teori pengujian
2.8.1 Uji tarik
Pengujian Tarik mengikuti standar ASTM E8 M-09 , dengan ukuran diperlihatkan pada gambar 2.11
Gambar 2.11 Spesimen uji tarik standar ASTM E8 M-09
Prosespengujiantarikbertujuanuntukmengetahuikekuatantarik bendauji.Pengujiantarikuntukkualitas
kekuatantarikdimaksudkanuntukmengetahuiberapanilaikekuatannya.Pembebana ntarikadalah pembebananyangdiberikanpadabendadenganmemberikangayatarik berlawananarahpadasalahsatuujungbenda.
mengakibatkanmelemahnyagayaelektromagnetiksetiapatomlogamhingga terlepasikatantersebutolehpenarikangayamaksimum.
Gambar 2.12 Grafik hubungan strain-tensile test dari beberapa komposit Sumber:
Sebelum pengujian tarik dilakukan, kita melakukan uji keras pada spesimen yang akan diuji. Uji ini perlu dilakukan untuk mengetahui nilai kekerasan spesimen sebelum diberi beban tarik. Selain itu, kita dapat memperkirakan nilai kekuatan tarik suatu material dari nilai kekerasannya.. Hal ini dapat diketahui karena umumnya harga kekerasan berbanding lurus dengan harga kekuatan material. Kekerasan suatu material didefinisikan sebagai ketahanan material untuk didefomasi plastis secara lokal.Sedangkan kekuatan tarik didefinisikan sebagai ketahanan material dideformasi plastis pada satu kesatuan material. Dari pengertian ini, kekuatan dan kekerasan sama-sama diartikan dengan kemampuan material untuk dideformasi plastis. Oleh karena itu kita dapat menarik kesimpulan bahwa kekerasan suatu material berbanding lurus dengan kekuatan tariknya. Berdasarkan data yang didapat akan terlihat adanya peningkatan kekerasan akibat strain hardening.
Pada patahan spesimen uji tarik, terdapat dua macam jenis patahan yaitu patah getas dan patah ulet.Patah getas memiliki ciri pada patahannya tidak terdapat cup dan cone.Pada patah getas, tidak terjadi adanya necking sehingga
disebabkan karena adanya tegangan geser.Sudut patahan membentuk sudut 450 terhadap sumbu normal spesimen.Patahan seperti ini diakibatkan oleh tegangan geser yang maksimum.Dimana beban tarik yang bekerjalah yang berperan dalam menimbulkan tegangan ini.
Apabila tegangan yang diberikan terhadap spesimen melebihi batas luluhnya, maka pergerakan dislokasi ini akan mencapai permukaan. Pergerakan dislokasi hingga mencapai permukaan inilah yang dinamakan deformasi plastis. Deformasi plastis inilah yang menyebabkan pertambahan panjang pada spesimen bersifat tetap. Apabila besarnya tegangan yang diberikan terhadap spesimen mencapai titik Ultimate, maka spesimen mulai mengalami pengecilan setempat pada bagian tengahnya. Pengecilan setempat inilah yang dikenal dengan fenomena necking.Fenomena ini terjadi karena deformasi plastis yang terjadi pada material tidak lagi homogen.
Ketika material ditarik dengan beban tarik yang besarnya melebihi batas luluhnya, maka material tersebut akan mengalami pertambahan panjang sifatnya tetap. Pertambahan panjang material ini apabila dibagi dengan panjang awal menghasilkan perpanjangan atau elongation yang disimbolkan dengan e. Atau secara matematis dapat ditulis:
Pada saat beban tarik dikenakan pada spesimen melebihi batas luluhnya, maka perpanjangan yang terjadi pada material adalah perpanjangan totalnya. Besarnya perpanjangan total merupakam hasil penjumlahan antara perpanjangan plastis dengan perpanjangan elastis. Apabila beban tersebut dihilangkan, maka perpanjangan totalnya sama dengan perpanjangan plastisnya saja, karena perpanjangan elastis pada saat beban tersebut dihilangkan sama dengan nol.
Nilai perpanjangan plastis inilah yang dijadikan sebagai dasar dalam menentukan keuletan suatu material. Semakin besar perpanjangan plastis dari suatu material, maka keuletan suatu material akan semakin tinggi. Namun, pada beberapa kasus, dimana kurva tegangan dan regangan teknis yang dihasilkan memiliki kemiringan yang cukup tajam, maka untuk menentukan keuletan suatu material yang perlu dilihat adalah perpanjangan totalnya. Hal ini dilakukan karena penentuan perpanjangan plastisnya melalui grafik sangat sulit untuk dilakukan, dan besarnya perpanjangan total hampir sama dengan perpanjangan plastisnya sebagai akibat dari kemiringan kurva yang sangat tajam.
Spesimen hasil pengujian tarik juga mengalami pengecilan setempat pada bagian tengahnya yang disebut juga dengan istilah necking.Besarnya reduction of area ini dapat pula dijadikan sebagi dasar dalam penentuan keuletan suatu
material. Semakin besar reduction of area yang dihasilkan maka keuletan material tersebut akan semakin tinggi. Reduction of area ini terjadi karena beban yang diterapkan pada material melebihi batas ultimatenya, sehingga deformasi plastis yang terjadi pada material tidak lagi homogen.
2.8.2 Uji kekerasan ( Hardness test )
sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat kembali ke bentuknya semula.
Tabel 2.3. Macam – Macam Teknik Pengujian Kekerasan (Wiliam D. Calister,Jr.)
Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan).
Uji kekerasan terdiri dari :
1. Brinnel ( HB/BHN )
Gambar 2.13 Pengujian Brinell
��= � 2�
2�(�−��2−�2)
...(2.3) Dimana :
D = Diameter bola ( mm )
d = Impression diameter ( mm ) F = load ( beban ) ( kgf )
HB = Brinell Result ( HB )
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.
Untuk mencari besarnya nilai kekerasan dengan menggunakan metode Rockwell dijelaskan pada gambar 2.12, yaitu pada langkah 1 benda uji ditekan oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu ditekan dengan beban mayor (major Load F1) pada langkah 2, dan pada langkah 3 beban mayor diambil sehingga yang tersisa adalah minor load dimana pada kondisi 3 ini indentor ditahan seperti kondisi pada saat load F0.
Gambar 2.15 Pengujian rockwell
Gambar 2.16Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.
F0 = Beban Minor (Minor Load) (kgf) line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda
HR = Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness
Tabel dibawah ini merupakan skala yang dipakai dalam pengujian Rockwell skala dan range uji dalam skala Rockwell. Besarnya minor load maupun major load tergantung dari jenis material yang akan di uji,
jenis-jenisnya bisa dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.4 Rockwell Hardness Scales
G 1/16" steel ball
10 140 150 130 Cast iron, alumunium alloys
H 1/8" steel ball 10 50 60 130 Plastik dan soft metals seperti timah
K 1/8" steel ball 10 140 150 130 Sama dengan H scale
L 1/4" steel ball 10 50 60 130 Sama dengan H scale M 1/4" steel ball 10 90 100 130 Sama dengan H scale P 1/4" steel ball 10 140 150 130 Sama dengan H scale
R 1/2" steel ball 10 50 60 130 Sama dengan H scale S 1/2" steel ball 10 90 100 130 Sama dengan H scale V 1/2" steel ball 10 140 150 130 Sama dengan H scale
Gambar 2.17Pengujian Vikers
Gambar 2.18 Bentuk indicator vikers (Callister, 2001)
Pengujian Vickers dapat dirumuskan :
……….(2.5)
……….………....(2.6)
Dimana,
HV = Angka kekerasan Vickers F = Beban (kgf)
d = diagonal (mm)
4. Uji Kekerasan Mikro ( Knoop Hardness)
Metode ini menggunakan prinsip indentasi yang digunakan untuk mengukur kekerasan benda-benda mikro. Penetratornya adalah intan dengan perbandingan diagonal panjang dan pendek sekitar 7:1. Intan tersebut berupa intan kasar yang dibentuk sedemikian menjadi bentuk piramida.
Gambar 2.19 Bentuk indentor knoop (Callister, 2001)
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.
Dimana :
HK = Angka kekerasan knoop F = Beban (kgf)
