10
TINJAUAN APLIKASI SERAT SABUT KELAPA SEBAGAI PENGUAT
MATERIAL KOMPOSIT
BakriJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tadulako Jl. Sukarno-Hatta Km.9 Tondo, Palu 94119
Email: bakri_bakr@yahoo.com
Abstract
Natural fibres as reiforcement of composite have been concerning in the last decade. These have changed in use convestional fibre like glass fibre and carbon fibre related to environmental effect. One of natural fibres can potensially change conventional fibre is coir fibre. This fibre is abundant in tropical areas such as India, Brazil and Indonesia. In this paper, an overview of aplication of coir fibre as reinforced composite in some uses was described.
Keyword : serat sabut kelapa, matriks, komposit. PENDAHULUAN
Serat alam telah digunakan dalam berbagai sektor industri seperti automotif, tekstil, produksi kertas dan dalam material komposit. Terkait dengan penggunaan serat alam sebagai penguat dalam komposit, serat alam mempunyai keuntungan antara lain kekuatan spesifik dan modulusnya yang tinggi, densitas rendah, harga rendah, melimpah di banyak negara, emisi polusi yang lebih rendah dan dapat di daur ulang (Joshi dkk, 2004; Li dkk. 2008; Mukhopadhyay dkk. 2009).
Mengingat perhatian terhadap lingkungan, telah menyebabkan pergeseran penggunaan komposit serat sintetik ke material komposit serat alam. Gabungan serat alam seperti kenaf, sisal, hemp, flax, serat nenas, serat sabut kelapa dan berbagai serat alam lainnya dengan polimer matriks yang kompetitif terhadap komposit sintetik seperti serat gelas – polipropilen dan gelas - epoxi merupakan perhatian utama dalam dekade terakhir. Pada
tahun 2009, United Nation
mendeklarasikan sebagai tahun “International Year of Natural Fibres”
(http ://www.naturalfibres2009.org).
Tujuan deklarasi ini adalah untuk menaikkan profil serat-serat alam dan menekankan nilainya terhadap
konsumen sehingga membantu
meningkatkan pendapatan masyarakat. Menindaklanjuti deklarasi ini, salah satu serat alam yang potensial untuk dikembangkan sebagai bahan penyusun komposit adalah serat sabut kelapa. Pengembangan komposit serat sabut kelapa telah dilakukan di India dan Brasil,kedua negara ini memiliki produksi kelapa yang melimpah. Indonesia yang merupakan negara tropis juga memiliki sumber kelapa yang cukup besar, namun pemanfaatan limbah sabut kelapa untuk keperluan bahan dasar komposit belum mendapat perhatian yang serius. Khususnya di Sulawesi Tengah, serat sabut kelapa belum dimanfaatkan dengan baik. Oleh karena itu, dalam tulisan ini memberikan tinjauan analisis dan pemanfaatan serat sabut kelapa untuk material komposit dalam berbagai aplikasi.
Sifat Mekanis Serat Sabut Kelapa Sifat mekanis serat sabut kelapa sudah banyak dipublikasikan. Kondisi
11
fisik permukaan dan penampang serat sabut kelapa dapat dilihat pada Gambar 1 dimana penampang dari serat sabut kelapa tidak berbentuk bulat tapi berbentuk oval. Kurva tegangan-regangan yang didapatkan untuk serat sabut kelapa dapat dilihat pada Gambar
2. Gambar 2(a) dan (b) memperlihatkan kecenderungan yang sama yaitu nilai modulus elastis dapat diperoleh dari garis linear awal dan kekuatan maksimum diperoleh pada daerah plastik tertinggi.
(a)
(b)
Gambar 1. Analisis SEM serat sabut kelapa (a) permukaan serat (b) penampang serat ( Bakri, 2009)
12 0 5 10 15 20 25 30 35 0 50 100 150 200 250 S tr e s s ( M N m -2 ) Strain (%)
b
Gambar 2. Kurva tegangan – regangan serat sabut kelapa (a) Tomczak dkk (2008) (b) bakri dkk, 2010.
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 spectroscopy
telah 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%.
13
Tabel 1. Sifat mekanis beberapa serat alam (Taj dkk, 2007)
Serat Densitas
(g/cm3) Tarik (MPa) Kekuatan Elongasi (%) Elastis (MPa) Modulus
Rami - 400-938 3.6-3.8 61.4-128
Sisal 1.5 511 -635 2.0-2.5 9.4-22.0
Sabut Kelapa 1.2 175 30 4.0-6.0
Flax 1.5 345-1035 2.7-3.2 27.6
E-glass 2.5 2000-3500 2.5 70.0
Komposit Serat Sabut Kelapa Material komposit merupakan perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki sifat lebih baik dari kedua material penyusunnya (matriks dan penguat). Komposit serat alam memiliki keuntungan dibanding dengan komposit serat sintetis yaitu lebih ringan, ramah lingkungan dan lebih murah, namun serat alam memiliki kekurangan yaitu luas penampangnya yang variatif, sifat sepanjang serat bervariasi dan sangat berpengaruh terhadap kondisi lingkungan. Bentuk dan sifat serat alam bergantung pada spesies, kondisi pertumbuhan, kondisi
defibration dan proses (Gamstedt, dkk,
2007). Dengan berbagai kekurangan ini diperlukan pengembangan penelitian. Komposit serat alam telah diteliti dengan berbagai variasi seperti perlakuan permukaan serat, fraksi volume serat, ukuran panjang serat dan sebagainya. Dalam tulisan ini difokuskan pada komposit serat sabut kelapa. Pengaruh perlakuan serat sabut kelapa untuk bahan komposit sangat berpengaruh. Menurut Rout dkk (2001) bahwa perlakuan alkali pada serat sabut kelapa meningkatkan ikatan dengan matriks polyester. Komposit serat sabut kelapa menunjukkan kekuatan tarik yang lebih baik pada alkali 2%, sedangkan pada alkali 5% menunjukkan kekuatan lentur dan kekuatan impak yang lebih baik
dibanding dengan serat sabut kelapa tanpa perlakuan. Hasil penelitian ini diperkuat oleh Gu (2009) dimana perlakuan alkali 2% untuk komposit serat sabut kelapa memiliki kekuatan yang lebih baik dengan pertimbangan ekonomi.
Komposit serat sabut kelapa menurut Wambua dkk (2003) bahwa kekuatan tarik dan modulus meningkat dengan meningkatnya fraksi volume. Serat sabut kelapa sebagai penguat polipropilen mempunyai kekuatan impak yang lebih tinggi dibanding dengan serat jute dan kenaf sebagai penguat polipropilen, namun kekuatan tarik dan modulusnya lebih rendah. Selanjutnya, Monteiro dkk (2008) meninjau kekuatan tarik komposit serat sabut kelapa yang berorientasi random/acak yang rendah, tapi mempunyai kekuatan lentur yang lebih tinggi dan potensi digunakan bangunan non-struktur.
Dari hasil penelitian tersebut di atas menunjukkan bahwa perlakuan permukaan pada serat memperbaiki ikatan serat dengan matriks sehingga menaikkan performa sifat mekanis dari komposit serat sabut kelapa. Selanjutnya, variasi fraksi volume serat dapat mempengaruhi kekuatan komposit. Selain hal ini, ukuran serat sangat berpengaruh (Santafe dkk, 2010) di mana menggunakan serat sabut kelapa yang tipis (diameter kecil) sebagai penguat komposit. Hasilnya
14 menunjukkan bahwa kekuatan tarik
komposit relatif lebih baik dan analisis retakannya menunjukkan ikatan yang lebih baik antara serat dan matriks. Aplikasi Komposit Serat Sabut 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.
KESIMPULAN
Serat sabut kelapa memiliki kekuatan dan modulus elastis yang lebih rendah dibanding dengan serat alam lainnya, namun elongasinya yang paling tinggi. Dalam material komposit, serat sabut kelapa telah diteliti penggunaannya sebagai penguat dengan berbagai variasi perlakuan permukaan, variasi fraksi volume dan variasi ukuran, namun masih memerlukan penelitian-penlitian lanjutan untuk mendapatkan komposit serat sabut kelapa yang dapat digunakan sesuai dengan aplikasinya.
DAFTAR PUSTAKA.
Bakri, “Micromechanics of Natural
Cellulose Fibres Using Raman
Spectroscopy”, Thesis of Master of
Philosophy, Manchester University –UK, 2009.
Bakri, “Penentuan sifat mekanis serat sabut kelapa”, Jurnal Mekanikal Vol.1, 2010, pp.23-28.
Bakri, Eichhorn S.J, “Elastic coils: deformation micromechanics of coir and celery fibres”, Cellulose Vol. 17, 2010, pp. 1- 1.
Common Fund for Commodities,
“Composite Applications using Coir
Fibres in Sri Lanka”, Final Report, Delft University of Technology, the Netherlands, 2003.
Gamstedt E. K. and. Almgren, K. M,
“Natural Fibre Composites – with
Special Emphisis on Effects of the Interface Between Cellulosic Fibres and
Polymers”, Proceedings of the 28th Risø
International Symposium on Materials Science: Interface Design of Polymer Matrix Composites – Mechanics,
Chemistry, Modelling and
Manufacturing, Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark, 2007. Gu H., “Tensile Behaviours of the Coir Fibre and Related Compsites after
NaOH treatment”, Materials and
Design, doi : 10.1016 /
j.matdes.2009.01.035, 2009.
http://www.naturalfibres2009.org,
didownload November 2010
Joshi S.V., Drzal L.T., Mohanty A.K. Arora S, “Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber
reinforced composites?”, Composites:
Part A Vol. 35, 2004, pp. 371-376. Li Y., Hu Y., Hu C., Yu Y.,
15
properties of natural fibres”,
Advananced Materials Research Vol. 33-37, 2008, pp. 553-558.
Mukhopadhyay S., Fangueiro R., Shivankar V., ”Variability of tensile properties of fibers from pseudostem of
banana plant”, Textile Research
Journal, Vol. 79, 2009, pp. 387-393. Rout J, Misra M., Tripathy S.S, Nayak S.K., Mohanty A.K., “The Influence of Fibre Treatment on the Performance of
Coir-Polyester Composites”, Composite
Science and Technology Vol.61, 2001, pp. 13023-1310.
Santafe Jr.H.P.G, Lopes F.P.D., Costa L.L., Monteiro S.N., “Mechanical properties of Tensile Tested Coir Fiber
Reinforced Polyester Composite”,
Revista Materia Vol. 15 N.2, 2010, pp. 113-118.
Taj S., Munawar A.M., Khan S.,
“Natural Fiber-Reiforced Polymer
Composites”, Proc. Pakistan Acad. Sci. Vol 44, 2007, pp. 129-144
Tomczak F., Sydenstricker T.H.D., Satyanarayana K.G., “Studies on lignocellulosic fibres of Brazil. Part II. Morphology and properties of Brazilian
coconut fibres”, Composites Part A:
Applied Science and Manufacturing, Vol. 38, 2007, pp. 1710-1721.
Wanmbua P, Ivens J, Verpoest I,
“Natural fibres : can they replace glass in fibre reinforced plastic?”, Composites Science and Technology Vol.63, 2003, pp. 1259-1264.
Yuhazri, M.Y., and Dan, M.M.P.,
“Helmet Shell Using Coconut Fibre”,
Journal Advanced Manufacturing TechnologyVol 1 No.1. , 2007, ISSN:1985-3157.
