Pengaruh Serat Alam dari Limbah Kayu Bangkirai Terhadap Modulus Elastisitas Material Komposit

(1)

Departemen Teknik Mesin dan Industri FT UGM M-5 ISBN 978-623-92050-0-3

Pengaruh Serat Alam dari Limbah Kayu

Bangkirai Terhadap Modulus Elastisitas

Material Komposit

1st_{Andromeda Dwi Laksono} Program Studi Teknik Material

dan Metalurgi Institut Teknologi Kalimantan

Balikpapan, Indonesia andromeda@itk.ac.id

2nd_{Lusi Ernawati} Program Studi Teknik Kimia Institut Teknologi Kalimantan

Balikpapan, Indonesia lusiernawati@itk.ac.id

3rd_{Desy Maryanti} Program Studi Teknik Material

dan Metalurgi Institut Teknologi Kalimantan

Balikpapan, Indonesia desymaryanti25@gmail.com

Abstract–Pemanfaatan limbah kayu perlu

dikembangkan sehingga keberadaanya dapat berguna bagi masyarakat. Salah satunya dengan teknologi komposit serat alam yang dapat dihasilkan dari serat alam seperti limbah kayu bangkirai. Dengan menggabungkan polimer polyester, penelitian studi komposit bangkirai-polyester telah dilakukan. Perbandingan antara limbah serbuk bangkirai dengan polyester yaitu 1:5. Pengujian sifat mekanik komposit didukung dengan pengujian material asalnya dilakukan dengan uji bending. Nilai modulus elastisitas komposit pada penelitian ini didapatkan 1,98 GPa dan hasil pola patahan pengujian bending mengalami patahan getas dan analisis SEM menunjukkan jika komposit mengalami kegagalan berupa void.

Keywords—kayu bangkirai, komposit, polyester, modulus elastisitas

I. PENDAHULUAN

Limbah kayu banyak didapatkan dari kegiatan produksi pabrik-pabrik kayu. Limbah ini belum dapat dimanfaatkan dengan baik sehingga semakin lama semakin bertambah jumlah limbah kayu. Limbah kayu merupakan sisa potongan kecil-kecil baik sisa potongan atau sisa belahan kayu dari hasil produksi. Kementerian Lingkungan Hidup atau Kantor Gubernur atau kantor Kabupaten dan Kodya di beberapa tempat nampaknya belum mengeluarkan petunjuk jelas tentang bagaimana memanfaatkan limbah kayu potongan. Di lain sisi pabrik-pabrik kayu belum juga memikirkan secara serius bagaimana menangani limbah potongan kayu yang makin melimpah jumlahnya [1].

Kayu bangkirai merupakan salah satu jenis kayu yang umum digunakan dalam industri pengolahan kayu di Kalimantan. Kayu Bangkirai sering digunakan dalam pembuatan kusen pintu dan jendela karena tahan terhadap kelembaban dan organism perusak kayu. Penggunaan jenis kayu ini cukup tinggi sehingga berpotensi menghasilkan limbah yang cukup tinggi pula [2]. Kayu bangkirai ialah salah satu bahan dari serat alam yang masih perlu dilakukan penelitian

lebih lanjut. Dalam bidang teknologi material, bahan-bahan serat alam merupakan kandidat sebagai bahan-bahan penguat untuk dapat menghasilkan bahan komposit yang ringan, kuat, ramah lingkungan serta ekonomis [3].

Komposit merupakan sebuah material yang terdiri atas dua komponen atau lebih yang berbeda baik secara fisik, sifat, serta strukturnya. Jika dicampurkan menjadi satu akan membentuk sebuah ikatan mekanik secara makroskopik struktur homogen sedangkan secara mikroskopik strukturnya heterogen. Penggabungan dari dua atau lebih material yang berbeda inilah akan mengembangkan dan memperbaiki sifat-sifat mekanik dari material penyusunnya diantaranya adalah kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, konduktivitas termal, dan ketahanan fatik. Selain itu, komposit terdiri atas dua atau lebih fase berbeda, yaitu diskontinyu memiliki kekuataan dan kekakuan lebih tinggi sebagai material penguat dan kontinyu yang mengikat material penguat disebut sebagai matriks. Interaksi antara matriks dengan penguat, jenis, ukuran, dan distribusi penguat akan mempengaruhi sifat komposit yang dihasilkan [4].

Dengan menggabungkan matriks komersial yaitu

polyester dengan limbah kayu bangkirai diharapkan

dapat meningkatkan modulus elastisitas untuk mendukung pemanfaatan alternatif komposit. Tujuan pada penelitian ini adalah untuk mengetahui modulus elastisitas dari pengujian bending dan morfologi pola patahan komposit yang akan ditunjang dengan menggunakan mikroskop optik dan Scanning Electron

Microscope (SEM).

II. METODE

Penelitian ini dilaksanakan secara bertahap meliputi persiapan serat alam serbuk kayu bangkirai, pembuatan cetakan, pembuatan komposit, pengujian

(2)

A. Persiapan Serat Alam Serbuk Kayu Bangkirai

Serbuk kayu bangkirai disiapkan sebagai pengisi yang akan digunakan. Serbuk kayu bangkirai dihaluskan dengan menumbuk kemudian diayak menggunakan mesh 40 atau ukuran sekitar 425 μm. Setelah itu, serbuk kayu bangkirai dikeringkan selama 30 menit menggunakan oven pada temperatur 115 o_C. Serbuk yang sudah kering kemudian ditimbang dengan perbandingan antara serbuk kayu bangkirai dan polyester yaitu 1:5.

B. Pembuatan Cetakan

Desain cetakan disesuaikan dengan standar internasional ASTM D 790 untuk cetakan uji bending dari bahan infraboard seperti pada Gambar 1. Cetakan yang sudah jadi, dilapisi alumunium foil agar resin tidak menempel dan tidak memasuki rongga cetakan.

Gambar 1. Cetakan berdasarkan ASTM D 790

C. Pembuatan Komposit

Pembuatan komposit dilakukan dengan metode

hand lay up. Langkah pertama, disiapkan wadah

pencampuran resin polyester tak jenuh, serbuk kayu bangkirai, dan katalis yang akan dibuat menjadi komposit. Resin polyester tak jenuh dengan serbuk kayu bangkirai dicampurkan dan ditambahkan katalis sebanyak 6 tetes ke dalam wadah kemudian diaduk hingga tercampur rata. Hasil pencampuran tersebut dituangkan ke dalam cetakan dan diratakan menggunakan roller. Kemudian komposit dikeringkan pada temperatur ruang. Setelah kering, komposit diambil dan dilakukan validasi dimensi sesuai standar ASTM D 790. Sampel yang memiliki kelebihan ukuran dimensi dilakukan proses penghalusan menggunakan kertas amplas grade 80-1000. Hasil pembuatan komposit seperti pada Gambar 2.

Gambar 2. Sampel Uji Bending Fraksi Volume dengan perbandingan antara serbuk kayu bangkirai dan polyester yaitu 1:5

D. Pengujian Bending

Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui modulus elastisitas dari komposit yang sudah dibuat berdasarkan standar ASTM D 790. Pengujian dilakukan di Badan Penelitian dan Konsultasi Industri Surabaya. Sampel komposit dilakukan pengujian

bending dengan pemberian beban seperti pada

Gambar 3.

Gambar 3. Skema Pengujian Bending [5]

E. Fraktografi

Tujuan pengujian fraktografi untuk menganalisa kegagalan setelah uji bending berupa pola patahan dengan pengamatan morfologi menggunakan mikroskop optik dan Scanning Electron Microscope (SEM).

(3)

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Pembuatan Komposit

Dalam penelitian ini, proses pembuatan komposit dilakukan dengan menggunakan metode hand lay up. Komposit dicetak sesuai dengan standar ASTM D 790 yang nantinya digunakan sebagai spesimen uji

bending. Komposit dibuat dari limbah serbuk kayu

bangkirai sebagai penguat dengan matriks berbahan

polyester. Gambar 5 menunjukkan tiga spesimen

dengan kondisi yang berbeda. Terlihat pada Gambar 5(b) dapat diamati bahwa peningkatan sedikit fraksi filler serbuk bangkirai dalam pembuatan sampel komposit memiliki pengaruh yaitu menimbulkan warna sampel menjadi relatif lebih gelap bahkan lebih gelap dari Gambar 5(a) maupun Gambar 5(c). Hal ini dikarenakan penambahan fraksi filler kayu bangkirai sebagai penguat memiliki pengaruh dalam persebaran cahaya dalam komposit bermatriks polyester yang dalam hal ini polyester memiliki sifat yang mampu mentransmisikan cahaya sedangkan kayu bangkirai tidak mampu. Selain itu, fraksi serbuk limbah kayu bangkirai terlihat merata tersebar ke berbagai sisi.

B. Hasil Pengujian Bending

Penelitian ini juga melakukan peninjauan pada sifat mekanik berdasarkan pengaruh fraksi filler dalam material komposit polyester berpenguat limbah serbuk kayu bangkirai. Peninjauan sifat mekanik dalam pengujian ini adalah besar nilai modulus elastisitas yang menunjukkan jika bahan memiliki kekakuan sehingga dapat menahan tekanan besar yang dikenakan padanya tanpa terjadinya deformasi [5]. Nilai modulus elastisitas pada masing-masing komposit dengan fraksi filler yang berbeda selanjutnya dikorelasikan dengan pengujian sifat akustik pada material komposit polyester berpenguat limbah serbuk kayu bangkirai. Berikut hasil data pengujian bending berdasarkan fraksi filler sesuai standar ASTM D 790. Komposit polyester berpenguat limbah serbuk kayu bangkirai pada penelitian ini digunakan untuk aplikasi bahan panel dinding yang pada arsitektur berfungsi sebagai pengontrol kebisingan. Oleh karena itu diperlukan pengujian bending komposit unsaturated polyester resin berpenguat limbah serbuk kayu bangkirai. Uji bending komposit dilakukan di Badan Penelitian dan Konsultasi Industri Surabaya. Hasil data modulus elastisitas dikomparasikan dengan data dari referensi lain yang ditampilkan pada Tabel 1.

TABEL 1. NILAI MODULUS ELASTISITAS BENDING

Modulus

Nama Elastisitas Sumber

(GPa)

Polyester 1,46 Penelitian ini

Kayu Bangkirai 1,57 Penelitian ini

Modulus

Nama Elastisitas Sumber

(GPa) Komposit Bangkirai- 1,98 Penelitian ini Polyester Komposit Jati-PVAc 0,11 [6] Komposit Nilon- 1,08 [7] Epoxy Komposit Pinang- 1,98 [8] Polyester

Dari Tabel 1 dapat diamati hasil pengujian

bending berupa nilai modulus elastisitas dari material

asal (polyester dan kayu bangkirai) dan berbagai penelitian komposit berbasis serat alam. Data menunjukkan komposit Bangkirai-Polyester dengan perbadingan 1:5 memiliki modulus eleastisitas lebih baik dibanding material asalnya. Dengan adanya partikel berupa pengisi, maka pada beberapa daerah pada resin sebagai matriks akan terisi oleh partikel sehingga pada saat terjadi interlamellar stretching, deformasi yang terjadi pada bagian amorph dapat di minimalisir oleh partikel. Mekanisme penguatannya adalah bahwa dengan adanya partikel, maka jarak antara bagian polimer yang strukturnya kristalin (berbentuk seperti lamellar) akan diperpendek oleh adanya partikel tadi. Dengan jumlah partikel yang ada, maka deformasi yang terjadi juga akan semakin berkurang karena beban yang sebelumnya diterima oleh matriks akan diteruskan atau ditanggung juga oleh partikel sebagai penguat. Hal inilah yang menyebabkan pada komposit bangkirai-polyester pada penelitian ini mempunyai memiliki modulus elastisitas lebih tinggi dibanding material asalnya dikarenakan beban yang diberikan pada spesimen akan terdistribusi secara merata dan disanggah oleh partikel. Sedangkan matriks akan lebih berfungsi sebagai pendistribusi tegangan [9].

Komposit polyester berpenguat limbah serbuk kayu bangkirai memiliki nilai modulus elastisitas yang lebih tinggi dibanding komposit matriks lem fox PVAc berpenguat serbuk kayu jati, komposit Epoxy berpenguat serat Nilon, dan komposit polyester berpenguat serat pinang. Penambahan filler berupa serbuk atau serat ke dalam matriks bertujuan meningkatkan kekakuan material melalui penyebaran tekanan yang efektif di antara serat dan matriks [10]. Sifat komposit tergantung dari sifat bahan penyusunnya. Kekuatan komposit serat ditentukan oleh serat yang digunakan [8]. Dengan besar nilai modulus elastisitas pada komposit

Bangkirai-Polyester sebesar 1,98 GPa sudah menunjukkan

angka yang cukup tinggi untuk sebuah limbah kayu. Di sisi lain, komposit Bangkirai-Polyester hampir memenuhi nilai minimal modulus elastisitas sebesar 2,07 GPa untuk aplikasi panel dinding [11].

(4)

Gambar 5. Sampel Uji Bending (a) Resin Polyester Tak Jenuh,(b) Komposit Kayu Bangkirai-Polester Perbandingan 1:5, (c) Kayu Bangkirai

C. Fraktografi

Berdasarkan pengamatan pada Gambar 6 menunjukkan hasil patahan dari pengujian bending. Analisa patahan pada komposit bersifat getas (brittle

fracture) ditunjukkan dengan butir-butir halus pada

permukaan patahan spesimen. Selain itu terdapat void dengan meningkatan jumlah fraksi filler dikarenakan pembuatan komposit yang relatif lebih sulit sehingga menimbulkan porositas yang relatif lebih tinggi. Porositas adalah gelembung udara yang terjebak saat proses pembuatan komposit yang merupakan salah satu kelemahan dari metode hand lay up [12].

Gambar 6. Hasil Patahan Pengujian Bending (a) tampak atas, (b) tampak samping

Untuk mendukung analisa patahan, dilakukan pengamatan mikro dengan tujuan melihat morfologi material yang telah menjalani pengujian bending. Hasil pengamatan mikro pada Gambar 7 dapat menunjukkan pengisi pada modulus elastisitas material komposit, pada material komposit berpenguat limbah serbuk kayu bangkirai memiliki persebaran yang merata sehingga nilai modulus

elastisitas yang dihasilkan cukup tinggi. Selain itu kemampuan ikat matriks polyester dapat menghasilkan nilai modulus elastisitas yang tinggi. Hasil pengamatan kegagalan serta interface komposit merupakan interaksi antara matriks polimer dengan serbuk penguat yang berperan dalam mentransfer beban [13].

Gambar 7. Hasil Pengamatan Komposit Bangkirai-Polyester dengan Mikrsokop Optik

Pada hasil pengamatan mikroskop optik dan SEM pada Gambar 7 dan Gambar 8, terlihat adanya void yang menandakan jika gelembung udara terperangkap sehingga membentuk pori di dalam komposit Bangkrai-Polyester. Void merupakan hal yang tidak bisa dihindari terutama jika menggunakan metode

hand lay up. Namun, dapat meminimalkan

pembentukannya karena pada bagian void tersebut

filler tidak terikat oleh matriks, sedangkan penguat

selalu akan mentransfer tegangan ke matriks. Bila komposit menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan komposit. Hal seperti ini menjadi penyebab munculnya crack sehingga komposit akan mengalami kegagalan lebih awal [14].

Gambar 8. Hasil Pengamatan Komposit Bangkirai-Polyester dengan SEM

(5)

IV. KESIMPULAN

Dari pengujian bending komposit berpenguat limbah serbuk kayu bangkirai dengan matriks

polyester diperoleh data modulus elastisitas dengan

perbandingan 1 (serbuk bangkirai) : 5 (polyester) sebesar 1,98 GPa. Nilai tersebut lebih besar dari material asal dan penelitian komposit serat alam terdahulu. Hasil pola patahan dari pengujian bending menunjukkan mengalami patahan getas dan analisis SEM menunjukkan jika komposit mengalami kegagalan berupa void.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih penulis ucapkan kepada Institut Teknologi Kalimantan atas dukungan dana penelitian 2019 sehingga penelitian ini dapat berjalan dengan baik dan lancar serta dapat menyelesaikan penulisan karya ilmiah ini dengan baik

DAFTAR PUSTAKA

[1] I. W. Sutarman, “Pemanfaatan Limbah Industri Pengolahan Kayu di Kota Denpasar (Studi Kasus pada CV Aditya),” Penelit. dan Apl. Sist. dan Tek. Ind., vol. 10, no. 1.

[2] W. Yulianto, D. N. Koroh, and H. Herianto, “Karakteristik Papan Semen Partikel Kayu Bangkirai (Shorea leavis RIDL) dan Meranti Merah (Shorea parvifolia Endert) dari Limbah Pengolahan Kayu,” Hutan Trop., Vol. 9, No. 2, 2014, Pp. 77–88.

[3] B. Maryanti, A. A. ad Sonief, and S. Wahyudi, “Pengaruh Alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan Tarik,” Rekayasa Mesin, vol. 2, no. 2, 2011, pp. 123–129.

[4] M. W. Prihantoro, H. Yudo, and P. Manik, “Analisa Teknis Penggunaan Serat Pelepah Siwalan (Borassus Flabellifer) sebagai Alternatif Material Komponen Kapal

Ditinjau Dari Kekuatan Tekuk Dan Impak,” J. Tek. Perkapalan, vol. 5, no. 3, 2017.

[5] R. Ririnsia Harra Hau, I. Yulianti, S. Kahumbu Hau, and S. Dappa Talu, Modulus Elastisitas Bambu Betung Dengan Variabel Panjang. 2016.

[6] A. Krisdianto, S. T. Wijianto, M. Eng, and I. P. Pramuko, “Karakteristik Komposit Serbuk Kayu Jati Dengan Fraksi Volume 25%, 30%, 35% Terhadap Uji Bending, Uji Tarik Dan Daya Serap Bunyi Untuk Dinding Peredam Suara.” Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2016. [7] N. H. Sari and S. Sinarep, “Analisa Kekuatan Bending

Komposit Epoxy Dengan Penguatan Serat Nilon,” Din. Tek. Mesin J. Keilmuan dan Terap. Tek. Mesin, vol. 1, no. 1, 2011.

[8] P. Hapiz, A. Doyan, and P. Sedijani, Uji Mekanik Material Komposit Serat Pinang, vol. 4. 2018.

[9] F. Gapsari and P. H. Setyarini, “Pengaruh Fraksi Volume terhadap Kekuatan Tarik dan Lentur Komposit Resin Berpenguat Serbuk Kayu,” Rekayasa Mesin, vol. 1, no. 2, 2012, pp. 59–64.

[10] S. Slamet, “Komposit Partikel Serbuk Gergaji Kayu (Sawdust) Dengan Resin Urea Formaldehid Sebagai Bahan Baku Utama Box Speaker,” Maj. Ilm. Momentum, vol. 9, no. 1, 2013. ASTM D5319-97, “Standard Specification for Glass-Fiber Reinforced Polyester Wall and Ceiling Panels,” ASTM Int., no. Standard Specification for Glass-Fiber Reinforced Polyester Wall and Ceiling Panels, 1997. [12] R. H. Setyanto, “Teknik Manufaktur Komposit Hijau dan

Aplikasinya,” Performa Media Ilm. Tek. Ind., vol. 11, no. 1, 2012.

[13] N. Nayiroh, “Teknologi Material Komposit,” Yogyakarta. Ebaltadiaksesdari www. ebalta. de/rs/datasheet/en, 2013. [14] A. Saidah, S. E. Susilowati, and Y. Nofendri, “Pengaruh

Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan Mekanik Komposit Serat Jerami Padi Epoxy Dan Serat Jerami Padi Resin Yukalac 157,” J. Konversi Energi dan Manufaktur UNJ, vol. 5, no. 2, 2018, pp. 96–101.