• Tidak ada hasil yang ditemukan

Sifat Tarik Komposit Unsaturated Polyester Serat Sisal Lokal.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Sifat Tarik Komposit Unsaturated Polyester Serat Sisal Lokal."

Copied!
9
0
0

Teks penuh

(1)
(2)

DAFTAR ISI

Kata Pengantar

ii

Daftar Isi

iii

Makalah KNEP IV - 2013

iii

Grup Engineering Perhotelan

, 5 & # 6& 2 .$ &!#

"

/

3

/ 75& 5 869:

&; 8#: 2 #

0

Grup konversi energi

! 2 "(#1'

"$#-+&

/2

" # / 3-"'!

"# $ 1 #"(#-&

4/

1 <+= >#?% 4 2 5 65 #" #1

47

3

$ ! ; 2 "8

22

@

, $ / 9; ,; A &5

89,A: 2 ''#1'!"

27

*

1 55 2

92

-

5 2 &&" (#"! &#"1!#1 "&!8

9:

)

,

& 81& 15 B: 3 !&!#"

1

0:

C

/ & 2 .&

;7

(3)

B

#$-

# > ( , ( F /5 & 5

# >&2% 2 "#=#-!&&

042

#$)

9 ( 5 (+ 2 '''"#'$

04:

#$C

2 ' #=#' !$

020

#$

! 5 ! ( # .

!8#

"''$

092

#$

, & 5 2 "#' #

$ !

09:

Grup Bidang Umum

(%

/ , # $ ( & !

& 2 '!"5

000

(%

# 5 % / (; #

2 , !'%$"!&'$

0;/

(%

! 5B 5 8#>:

! 2 '$

'#'''"

0;0

(%3

!

; ! ?'

'

07/

(%@

! $ , > $ 2

'' "$

077

Jadwal Lengkap KNEP IV - 2013

@

(4)

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013

549

Sifat tarik komposit unsaturated polyester serat sisal local

NPG. Suardana, I Made Astika , Ikhsan Dwi Gusmanto

Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana, Bali-Indonesia npgsuardana@me.unud.ac.id

Abstrak

Serat alam ada banyak jenisnya, salah satunya adalah serat sisal. Pada studi ini, serat sisal diekstrak dari daun tanaman sisal (Agave sisalana) yang dibudidayakan di Bali. Serat sisal digunakan sebagai penguat polimer komposit. Orientasi serat dan perlakuan kimia serat sisal dengan NaOH dilakukan untuk membuat komposit polimer serat sisal tersebut. Kombinasi orientasi serat (longitudinal atau transversal) dengan serat tanpa perlakukan dan dengan perlakuan alkali dicetak dengan matrik unsaturated polyester (UP) untuk diukur perilaku tarik komposit tersebut. Kombinasi orientasi serat longitudinal dengan perlakuan NaOH memiliki sifat tarik terbaik dibandingkan dengan kombinasi lainnya. SEM morfologi juga menunjukkan peningkatan adhesi antara serat dengan matrik UP untuk orientasi serat longitudinal. Studi ini menunjukkan serat sisal lokal Bali dapat digunakan sebagai penguat komposit polimer.

Kata kunci: serat alam, orientasi serat, perlakuan kimia, komposit, sifat tarik

Abstract

There are many kinds of natural fibers, one of them is sisal fiber. In this study, sisal fiber was extracted from the leaves of the sisal plant (Agave sisalana) that was cultivated in Bali. Sisal fibers were used as reinforcement of polymer composite. Fiber orientations and chemical treatment of the sisal fiber with NaOH were performed for sisal fiber polymer composites. The combination of fibers orientation (Longitudinal or transversal) with untreated and alkali treated fibers were compounded with unsaturated polyester (UP) matrix for measuring tensile behavior. The combination of longitudinal fiber orientation with NaOH chemical treatments has the best tensile properties compared to the other combination. SEM morphology also demonstrated increased adhesion between sisal fibers and UP matrix with NaOH treatments for longitudinal orientation. This study shows the potential of local sisal fiber to be used as reinforcement of the polymer composites.

Keywords: natural fiber, fiber orientation, chemical treatment, composite, tensile properties

1. Latar belakang

Sifat-sifat serat alam dari hasil pertanian dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu kondisi dimana pohon penghasil serat tersebut tumbuh, kematangan bahan serat, umur pohon, metode ekstraksi serat dan sebagainya [1,2]. Salah satu produk pertanian yang bisa digunakan seratnya berasal dari pohon sisal (Agave Sisalana). Serat sisal yang dihasilkan dari berbagai negara telah banyak diteliti, termasuk yang dari Indonesia. Beberapa hasil penelitian karakteristik serat sisal yang telah dipublikasikan dan dirangkum oleh Yan Li, et al (2000) [3] seperti tabel berikut ini

Tabel 1. Sifat-sifat serat sisal.dari beberapa penelitian.

Kekuatan tarik (MPa) Modulus Elastisitas (GPa) Regangan Max. (%) Peneliti 530-630

500-600 347 530-640 604 450-700 450-700 400-700

17-22 16-21 14 9.4-22 9.4-15.8 7-13 7-13 9-20

3.64-5.12 3.6-5.1 5 3-7 - 4-9 4-9 5-14

Murherjee, styanarayana 1984 Pavitan, et.al 1987

Bessel, Mutuli, 1988 Chand, et al. 1988 Satyanarayana,et.al 1990 Prasantha, et.al. 1995 Manikandan, et. Al. 1996 Kalaprasad, et.al. 1997

Peneliti lainnya juga telah pula melakukan penelitian yang sama yaitu Fung, et al. (2001) [5] meneliti serat sisal dari Guangdong China diperoleh kekuatan tarik 495.6 MPa, Modulus elastisitas 12.9 GPa, regangan tarik saat patah 3.8%. Josephet. al (2002) [4] meneliti serat sisal yang beasal dari India diperoleh tegangan tarik 400-700MPa, modulus elastisitas 9 – 20 GPa dan regangan tarik saat patah 5-14%. Kim dan Netravali (2010) [6] memperoleh kekuatan tarik, regangan patah dan modulus Young serat sisal dari Mexico masing-masing 283.5 MPa, 7.84%, and 5.24 GPa. Berdasarkan hasil penelitian kami serat sisal lokal Bali memiliki kekuatan tarik 426.91MPa, regangan maksimum 4.56% dan modulus Young 10.41GPa.

(5)

Prosiding KNEP IV 2013

ISSN 2338 - 414X

550

Untuk memperbaiki kemampuan ikat antara serat dan matriknya maka salah satunya bisa dilakukan dengan perlakuan kimia pada serat tersebut. Perlakuan kimia yang paling banyak dan umum dilakukan untuk meningkatkan kekuatan tarik komposit adalah perlakuan alkali. Banyak peneiliti telah meneliti serat sisal untuk memperkuat polimer seperti Sisal- Low-density polyethylene,sisal-Polyester, sisal-epoxy, sisal-polypropylene, sisal-phenol-formaldehyde, sisal-polyvinyl-acetate, and sisal-starch-based, sisal-urea formaldehyde [7].

Berdasarkan latar belakang di atas dan beberapa studi yang telah dilakukan peneliti sebelumnya serta sifat tarik serat sisal lokal Bali yang tidak kalah dengan serat sisal dari berbagai negara maka pada studi ini dipilih serat lokal tersebut sebagai penguat komposit unsaturated polyester. Serat juga diberi perlakuan NaOH dan diposisikan dalam arah longitudinal (sejajar arah pembebanan) dan transversal (tegak lurus arah pembebanan) Komposit ini dievaluasi kekuatan tarik, regangan tarik dan modulus elastisitasnya.

2.

Prosedur eksperimen

2.1. Bahan

Bahan-bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah polimer unsaturated Polyester, NaOH hardener MEKPO, gliserin dan aquades diperoleh dari toko bahan kimia di Denpasar. Serat sisal diperoleh dari desa Kubu Karangasem Bali

2.2. Perlakuan serat

Pertama,serat sisal direndam pada air mendidih selama 30 menit. lalu dikeringkan di dalam oven dengan suhu 1000C selama 1 jam dan selanjutnya dikeringkan pada suhu ruang selama 12 jam. Setelah itu serat direndam pada larutan 5% NaOH dengan perbandingan 20 ml larutan untuk 1 gr serat selama 2 jam pada suhu ruang, selanjutnya serat dicuci dengan air kran mengalir untuk menghilangkan larutan NaOH yang masih menempel pada serat dan kemudian dikeringkan dalam oven dengan suhu 1000C selama 1 jam dan selanjutnya dibiarkan pada suhu ruang selama 12 jam.

2.3. Pembuatan komposit

Proses pembuatan komposit unsaturated polyester dengan penguat 30% fraksi volume serat sisal menggunakan teknik Hand lay up press mold dengan beban 20 N. Komposit dibuat dalam dua jenis perlakuan yaitu dengan perlakuan dan tanpa perlakuan alkali sebagai pembandingnya dan dua jenis arah serat yaitu arah longitudinal dan transversal. Resin polyester dicampur dengan hardener 1% sebagai pengeras. Komposit yang telah dikeluarkan dari cetakan dimasukan ke dalam oven dengan suhu 1000 C selama 1 jam untuk proses post curing, Komposit kemudian dipotong menjadi spesimen benda uji.

2.4. Uji Komposit

Pengujian dilakukan dengan mesin uji Universal Testing Machine Person Parke. Spesimen pengujian tarik di bentuk menurut standar ASTM D 3039. Dengan jumlah spesimen masing- masing 5 spesimen setiap perlakuan. Struktur patahan setelah uji tarik dievaluasi dengan menggunakan foto Scanning Electron Microscope (SEM) merek Jeol type JCM 5000 Japan. Hasil perhitungan data penelitian diplot dalam bentuk grafik hubungan perlakuan kimia dan arah serat terhadap kekuatan tarik, regangan tarik dan modulus elastisitas lalu dianalisis dikaitkan dengan hasil SEM.

3. Pembahasan

Gambar 1 - 3 menunjukkan grafik hubungan antara arah serat dan perlakuan serat masing-masing dengan kekuatan tarik, regangan tarik dan modulus elastisitas komposit unsaturated polyester serat sisal. Kekuatan tarik maksimum terjadi pada komposit serat arah memanjang (longitudinal) dengan perlakuan NaOH yaitu sebesar 109,43 MPa, sedangkan yang terendah adalah komposit serat tanpa perlakuan arah serat melintang (transversal) sebesar 1,52 MPa. Komposit dengan serat diberi perlakuan alkali memiliki sifat tarik lebih besar dari komposit dengan serat tanpa perlakuan baik arah serat longitudinal maupun transversal. Hal ini terjadi karena komposit yang diperkuat dengan serat tanpa perlakuan ikatan antara serat dengan matrik kurang sempurna dikarenakan permukaan serat sisal masih mengandung hemiselulosa, lignin dan wax pada permukaannya seperti ditunjukkan pada Gambar 4a. Disamping itu pula karena ketidakcocokan (incompatibility) antara serat alam yang mudah menyerap air (hydropilic) dan matrik yang bersifat hydrophobic. Sehingga ketika dilakukan uji tarik maka kegagalan terjadi karena lepasnya ikatan serat dengan matriknya (fiber pull out) yang terlebih dahulu diawali dengan debonding. Hal ini didukung dengan hasil foto SEM Gambar 6a terlihat permukaan patahan komposit didominasi debonding dan fiber pullout. Sedangkan serat yang diberi perlakuan alkalisasi dengan persentase 5% NaOH menyebabkan kandungan hemiselulosa, lignin, wax dan kotoran berkurang sehingga permukaan serat tampak lebih bersih dan kasar seperti terlihat pada Gambar 4b. Disamping itu diameter serat juga semakin kecil setelah perlakuan alkali, sehingga meningkatkan aspect ratio serat tersebut [7]. Konsekwensinya, ikatan serat dengan matrik atau interaksi antara serat dan matriknya semakin baik dan efektif sehingga meningkatkan

(6)

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013

551

Gambar 1. Grafik hubungan antara arah dan perlakuan serat dengan kekuatan tarik maximum komposit

Gambar 2. Grafik hubungan antara arah serat dengan regangan komposit saat tegangan maximum

Gambar 3. Modulus elastisitas komposit dengan arah serat a). longitudinal dan b) transversal

0

20

40

60

80

100

120

Longitudinal

Tanpa

Longitudinal

NaOH

Transversal

Tanpa

Transversal

NaOH

K

e

ku

a

ta

n

T

a

ri

k

(M

P

a

)

Komposit dengan variasi arah dan perlakuan alkali serat

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0.02

Longitudinal

Tanpa

Longitudinal

NaOH

Transversal

Tanpa

Transversal

NaOH

R

e

g

a

n

g

a

n

m

a

ksi

m

u

m

(

m

m

/m

m

)

Komposit dengan variasi arah dan perlakuan alkali serat

4.8

5

5.2

5.4

5.6

5.8

6

6.2

6.4

6.6

6.8

Longitudinal tanpa

Longitudinal alkali

M

od

u

lu

s

E

la

st

isi

ta

s,

E

(

GP

a

)

Komposir arah serat longitudinal tanpa

dan dengan perlakuan alkali

0

100

200

300

400

500

600

Transversal tanpa Transversal alkali

M

od

u

lu

s

e

la

st

isi

ta

s,

E

(

M

P

a

)

Komposit arah serat transversal tanpa

dan dengan pelakuan alkali

(7)

Prosiding KNEP IV 2013

ISSN 2338 - 414X

552

Gambar 4 Hasil foto SEM permukaan serat sisal a). Tanpa perlakuan, b). Dengan perlakuan alkali

Arah serat pada komposit berpengaruh pada sifat tarik komposit tersebut. Komposit yang seratnya disusun longitudinal memiliki kekuatan tarik, regangan tarik dan modulus elastisitas jauh lebih besar dari pada komposit yang seratnya disusun transversal. Hal ini dikarenakan komposit dengan arah serat longitudinal seluruh seratnya searah dengan pembebanan sehingga serat dengan matrik bersamaan menerima beban, maka akan menghasilkan sifat tarik yang cukup besar. Sedangkan sifat tarik komposit dengan arah serat transversal lebih kecil dikarenakan arah serat tegak lurus terhadap beban tarik sehingga komposit hanya mengandalkan ikatan matriknya [9]. Hal ini didukung pula dengan foto bentuk patahan komposit setelah diuji tarik Gambar 5, yang mana bentuk patahan serat longitudinal tidak tegak lurus dengan arah pembebanan akan tetapi bertingkat yang artinya serat benar-benar menahan beban tarik bersama matriknya. Sedangkan komposit dengan arah serat transversal bentuk patahannya tegak lurus dengan arah pembebanan atau searah orientasi seratnya, artinya serat sama sekali tidak ikut menahan beban yang didistribusikan matriknya atau bahkan serat memperlemah kemampuan komposit untuk menerima beban..

Gambar 5. Foto bentuk patahan komposit dengan arah serat a) longitudinal, b) transversal, setelah uji tarik.

Gambar 3 menunjukan bahwa komposit yang seratnya mengalami perlakuan 5% NaOH mampu meningkatkan modulus elastisitasnya baik dengan arah serat longitudinal maupun transversal. Untuk komposit dengan arah serat longitudinal nilai modulus elastisitas (7,08 GPa) lebih tinggi dari komposit yang seratnya tanpa perlakuan yakni sebesar 6,56 GPa. Untuk komposit yang arah seratnya transversal modulus elastisitas (761,6 MPa) lebih tinggi dari kommposit yang seratnya tanpa perlakuan yakni sebesar 356,25 MPa. Modulus elastisitas komposit umumnya berbanding lurus dengan kekuatan tarik yieldnya, sehingga komposit yang seratnya diberi perlakuan NaOH modulus elastisitasnyapun lebih besar dari komposit dengan serat tanpa perlakuan.

Kekuatan tarik, modulus elastisitas dan regangan maksimum yang dimiliki komposit UP berpenguat serat sisal lokal Bali ini sangat feasible diaplikasikan untuk berbagai produk.

3HUPXNDDQ

VHUDWWDQSD

ZD[GDQ

OLJQLQ

:D[

/DSLVDQ

/LJQLQ

C

D

(8)

Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013

553

Gambar 6 Hasil foto SEM permukaan patahan komposit setelah uji tarik a). dengan serat tanpa perlakuan dan b) dengan perlakuan alkali .

4. Simpulan

Dari hasil pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa arah serat longitudinal sangat signifikan mempengaruhi sifat tarik komposit. Hal ini disebabkan serat arah longitudinal pada kompositnya ikut menahan beban yang didistribusikan oleh matriknya, sedangkan serat arah transversal sama sekali tidak menahan beban yang didistribusikan oleh matriknya. Demikian pula dengan perlakuan alkali (5%NaOH) pada serat sangat signifikan pengaruhnya terhadap sifat tarik komposit unsaturated polyester, karena dengan perlakuan alkali dapat meningkatkan ikatan permukaan (interfacial bonding) antara serat dan matriknya. Jadi dengan demikian serat sisal lokal Bali bisa diandalkan untuk digunakan sebagai penguat komposit polimer.

Daftar Pustaka

[1] Sgriccia N, M.C. Hawley and M. Misra, Characterization of natural fiber surfaces and natural fiber

composites”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing Volume 39, Issue 10: 1632-1637,

October 2008

[2]. Fábio Tomczak, Thais Helena Demétrio Sydenstricker, Kestur Gundappa Satyanarayana, Studies on lignocellulosic fibers of Brazil. Part II: Morphology and properties of Brazilian coconut fibers. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing Volume 38, Issue 7: 1710-1721, July 2007. [3] Yan Li, Yiu-Wing Mai, Lin Ye, Sisal fibre and its composites: a review of recent developments,

Composites Science and Technology 60: 2037-2055, 2000

[4] Joseph, P. V., Mathew, G., Joseph, K., Thomas, S., Pradeep, P. Mechanical Properties of Short Sisal Fiber-Reinforced Polypropylene Composites: Comparison of Experimental Data with Theoretical Predictions, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 88, 602–611 (2003) © 2003 Wiley Periodicals, Inc. [5] FUNG, K. L., LI,R. K. Y., TJONG, S. C. Interface Modification on the Properties of Sisal Fiber-Reinforced

Polypropylene Composites, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 85, 169–176 (2002), © 2002 Wiley Periodicals, Inc..

[6] Jun Tae Kim, Anil N. Netravali, Mercerization of sisal fibers: Effect of tension on mechanical properties

of sisal fiber and fiber-reinforced composites, Composites: Part A 41: 1245–1252, 2010

[7] Zhong, J. B., Wei, J. Lv, C. Mechanical properties of sisal fibre reinforced ureaformaldehyde resin

composites, eXPRESS Polymer Letters Vol.1, No.10: 681–687 Available online at

www.expresspolymlett.com DOI: 10.3144/expresspolymlett.2007.93, 2007

[8] A. Valadez-Gonzalez, J.M. Cervantes-Uc, R. Olayo, P.J. Herrera-Franco, Effect of fiber surface treatment on the fibermatrix bond strength of natural fiber reinforced composites, Composites: Part B 30: 309

320, 1999.

[9] Lokantara, Putu. NPG Suardana Analisis arah dan perlakuan serat tapis serta rasio epoxy hardener terhadap sifat fisis dan mekanis komposit tapis/epoxy. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CAKRAM Vol.1,No.1:15-21, 2007.

'HERQGLQJ

)LEHUSXOORXW

0DWULN

1HFNLQJ

SDGD

VHUDW

0DWULN

'HERQGLQJ

)LEHUSXOORXW

0DWULN

(9)

Gambar

Tabel 1. Sifat-sifat serat sisal.dari beberapa penelitian.
Gambar 2. Grafik hubungan antara arah serat dengan regangan komposit saat tegangan maximum
Gambar 4 Hasil foto SEM permukaan serat sisal a). Tanpa perlakuan, b). Dengan perlakuan alkali
Gambar 6 Hasil foto SEM permukaan patahan komposit setelah uji tarik  a). dengan serat tanpa perlakuan dan b) dengan perlakuan alkali

Referensi

Dokumen terkait

Salah satu lembaga pendidikan dengan orientasi keagamaan melalui kegiatan rutin dzikir Al-Ma’tsurat ialah SDIT Ulul Albab Kertosono Nganjuk yang diharapkan dapat membentuk

Materi yang disajikan dalam worksheet sesuai dengan konsep pengolahan limbah cair menggunakan fitoremediasi dengan wetland system Kriteria: SB : Jika seluruh materi yang disajikan

lsi Wawancara Wawancara dengan Key Informan "Mengenai pekerjaan sesuai dengan harapan organisasi sudah menjadi kewajiban dan konsekuensi kerja bagi pegawai, oleh sebab itu jika

Data primer diperoleh melalui wawancara menggunakan kuesioner, mencakup data individu responden, pemilihan konsumen terhadap jenis bunga yang disukai, warna

Tanaman krisan dengan cahaya tambahan warna merah dan putih memiliki umur panen yang paling lama karena pada penambahan cahaya lampu merah, batang tanaman

Jadi besar kecilnya uang muka yang dibayarkan akan mempengaruhi pengajuan KPR,maka besar kecilnya uang muka yang ditentukan oleh perusahaan tentunya calon pembeli

Dengan meningkatnya kelompok kelas menengah yang begitu pesat di Indonesia membuat industri kuliner kembali bangkit dan meraih peringkat pertama dari 15 subsektor dengan

Selama triwulan I-2019, realisasi pendapatan negara di Provinsi Maluku Utara mencapai 18,7 persen dari target, lebih rendah 2,7 persen dibanding periode yang sama