PENENTUAN SIFAT MEKANIS SERAT SABUT KELAPA
BakriJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tadulako Palu, Sulawesi Tengah
Email: [email protected]
Abstract
Coir fibres are obtained from coconut husk. In application of composite materials, coir fibres are influenced by mechanial properties. This study aims to characterize the mechanical properties of coir fibres. To characterize mechanial properties of coir fibres, variation of gauge length of fibres was conducted. The result showed that variability of cross setional areas influenced mechanical properies and that the Young’s modulus, breaking stress and breaking strain can be determined.
Keyword: sifat mekanis, serat sabut kelapa, modulus Young. A. Pendahuluan
Serat alam dapat diperoleh dari berbagai variasi tumbuhan. Serat-serat tersebut telah digunakan dalam sektor industri seperti automotif, tekstil, produksi kertas dan dalm komposit material. Terkait dengan penggunaan serat alam sebagai penguat dalam komposit, mereka 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)
Serat sabut kelapa dapat
diperoleh dari biji kelapa yang mengandung sekitar 30% dari kandungan biji kelapa. Serat sabut kelapa dalam penggunaanya sangat tergantung dari sifat mekanisnya. Penelitian yang lebih mendalam sangat diperlukan untuk membantu penerapan serat tersebut untuk
Penentuan sifat mekanis serat
sabut kelapa sudah banyak
dipublikasikan. 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).
Dalam tulisan ini, disajikan penentuan sifat mekanis serat sabut kelapa yang ditinjau dari dimensi panjang spesimen.
B. Teori Dasar
Tumbuhan kelapa utamanya banyak ditemukan didaerah tropis dan daerah sub-tropis seperti India, Sri Lanka, Brazil dan negara-negara Asia lainnya, dan mempunyai peranan
negara-negara tersebut (Mahato dkk. 1993a; Monteiro dkk. 2008). Buah kelapa terdiri dari kulit, sabut,
tempurung dan daging seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur buah kelapa Sabut kelapa mengandung 30
wt% serat dan 70 wt% pith (van Dam dkk, 2004).
Serat sabut kelapa merupakan
bundle serat multiselluler yang
mengandung sellulosa terdiri dari daerah kristal kecil yang dipisahkan
oleh batas amorpous dan non-sellulosa seperti hemisellosa dan lignin (Mahato dkk, 1993b). Serat sabut mempunyai luas penampang oval dan mengandung sel-sel serat yang saling berikatan seperti Gambar 2 (van Dam dkk, 2006).
Gambar 2. SEM serat sabut kelapa yang menunjukkan struktur internal(van Dam dkk, 2006)
Dalam dinding kedua dari sel, rantai sellulosa membentuk spiral, arah rantai membuat suatu sudut sekitar 45o dengan arah axis sel
(
Stern, 1956; van Dam dkk, 2006 ). Struktur spiral dari sub-serat dariserat sabut kelapa yang
menyebabkan elongasinya tinggi, dengan pemisahan interserat yang tidak berperan sangat besar (Stern, 1956).
C. Metode Eksperimental
Serat sabut kelapa yang
diekstrak dari sabut kelapa
dideformasi dengan menggunakan Instron 1121 Tensile Testing machine
with Series IX software. Semua pengujian dilakukan dalam kondisi temperature ruangan 23 ± 1o C dan kelembaban relative 50 ± 2%. Panjang sampel adalah 5 mm, 20 mm and 50 mm dimana setiap jenis
panjang sampel digunakan 20
sampel. Sebelum serat diuji, serat diletakkan ditengah-tengah cardboard
window seperti pada Gambar 3.
Semua pengujian dikontrol dengan strain rate 0.166% s-1. Sejumlah sample diuji dengan alasan statistik dan juga variabilitas sampel seperti
pengaruh persiapan serat dan
kemungkinan kerusakan dinding sel serat.
Gambar 3. Sampel pengujian tarik serat
D. Hasil dan Diskusi
Dalam penelitian ini, serat sabut kelapa telah diuji sifat mekanisnya
yang meliputi modulus elastis,
tegangan maksimum (kekuatan) dan
regangan (elongasinya). Secara
akurat sifat mekanis dipengaruhi oleh
luas penampang atau dimensi serat. Dalam penelitian ini, luas penampang serat dianalisis dengan menggunakan
software ImageJ dimana luas
penampang serat diperoleh dari mikroskop optik seperti pada Gambar 3. Serat Epoxy Cardboard Card Window
window
Panjang SeratGambar 3. Luas penampang serat sabut kelapa dengan menggunakan mikroskop optik
Dari analisis mikroskop optik serat sabut kelapa mempunyai variasi luas penampang dan tidak berbentuk lingkaran. Variabilitas ini sangat sulit untuk dihindari meskipun sebelum pengujian semua serat diseleksi untuk diameter serat yang sama dibawah mikroskop. Oleh karena variabilitas
luas penampang pengukuran
langsung terhadap serat diperlukan.
Rata – rata luas penampang untuk serat sabut kelapa adalah sekitar 9739.84 μm2 seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4 yang menunjukkan distribusi luas. Untuk perhitungan
tegangan, luas penampang
diasumsikan konstan sepanjang serat
oleh karena metode destruksi
pengukuran. 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2 4 6 8 10 12 D is tr ib u ti o n Luas Penampang(um2) Avg.= 9739.84 µm2 SD =2237.98 (a)
Gambar 4. Distribusi luas penampang pada serat sabut kelapa Alasan variabilitas sifat mekanis
serat alam, modulus Young, tegangan dan regangan untuk serat ditentuan dengan fungsi ekstrapolasi terkait
dengan panjang spesimen. Penentuan modulus Young dipengaruhi oleh
panjang spesimen (Arridge dan
modulus turun dengan kenaikan resiprokal panjang spesimen. Modulus dari panjang spesimen yang berbeda
diekstrapolasi untuk panjang
spesimen yang tak terhingga untuk mengeliminasi pengaruh efek akhir (end effect). Nilai modulus Young dari
serat sabut kelapa ditentukan dengan menggunakan panjang spesimen 5 mm, 20mm and 50mm. Nilainya diperoleh dari intersep dari fitting
linear terhadap data pada sumbu
vertikal. 0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0 1 2 3 4 5 6 7 M o d u lu s Y o u n g ( G P a ) 1/Gauge length (mm-1)
Gambar 5. Efek resiprokal panjang spesimen pada modulus Young
Tegangan dan regangan
ditentukan dengan metode yang sama dengan modulus Young. Tegangan dan regangan diperoleh dari ektrapolasi ke nol panjang
spesimen untuk menjelaskan
pengaruh kerusakan serat (damage) seperti pada Gambar 6 dan Gambar 7. Metode ini digunakan dalam studi ini karena secara statistik suatu panjang spesimen yang lebih panjang mempunyai kemungkinan rusak (flaw) yang lebih besar dibanding dengan gauge length yang lebih pendek. Oleh karena itu, tegangan dapat ditentukan
pada nol panjang spesimen. Dalam
penentuan regangan, kesalahan
dapat juga terjadi pada panjang spesimen yang panjang oleh karena variasi luas penampang dari serat sepanjang arah serat. Strain rate adalah konstan selama pengujian untuk setiap panjang spesimen. Dari hasil ekstrapolasi sifat mekanis serat sabut kelapa yang meliputi modulus Young, tegangan (kekuatan) dan regangan (elongasi) dapat ditentukan yaitu 6.11 (± 0.43) GPa, 218.25 (±14.57) MPa, 46.02( ± 4.54) %.
0 10 20 30 40 50 100 120 140 160 180 200 220 240 T e g a n g a n ( M P a ) Gauge length (mm)
Gambar 6. Efek panjang spesimen pada tegangan
0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 R e g a n g a n ( % ) Gauge length (mm)
Gambar 7. Efek panjang spesimen terhadap regangan
E. Kesimpulan.
1. Serat sabut kelapa memiliki variasi
luas penampang yang
mempengaruhi sifat mekanisnya.
2. Dalam penentuan sifat mekanis
serat sabut kelapa digunakan variasi panjang serat terhadap
resiprokal modulus Young,
tegangan dan regangan.
Daftar Pustaka.
Arridge G.R.C and Folkes M.J, 1976. “Effect of sample geometry on the
measurement of mechanical
properties of anisotropic materials”, Polymer, Vol. 17, pp. 495-500.
Joshi S.V., Drzal L.T., Mohanty A.K., Arora S, 2004, “Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced composites?“, Composites: Part A Vol. 35, pp.
371-376.
Kulkarni A.G., Satyanaraya K.G., Sukumaran K. 1981, “Mechanical behaviour of coir under tensile load”, Journal of Matererials Science, Vol 16, pp. 905-914.
Li Y., Hu Y., Hu C., Yu Y., 2008,
“Microstructures and mechanical
properties of natural fibres”
Advananced Materials Research Vol. 33-37, pp. 553-558.
Mahato D.N., Mathur B.K.,
Bhattacherjee S., 1993, “Radial distribution function analysis of coir fibre”, Journal of Materials Science, Vol. 28, 1993a, pp. 2315 – 2320.
Mahato D.N., Mathur B.K.,
Bhattacherjee S., 1993, “Effect of alkali treatment on electrical and spectral properties of coir”, Journal of Materials Science Letters, Vol. 12, 1993b, pp. 1350 – 1353.
Monteiro S.N., Terrones L.A.H.. D’Almeida J.R.M., 2008, “Mechanical performance of coir fiber / polyester composites”, Polymer Testing, Vol. 27, pp. 591-595.
Mukherjee P.S., Satyanarayana K.G., 1984, “Structure and properties of some vegetable fibres. Part 1 Sisal fibre”, Journal of Materials Science, Vol. 19 pp. 3925-3934.
Mukhopadhyay S., Fangueiro R., Shivankar V., 2009, “Variability of tensile properties of fibers from pseudostem of banana plant”, Textile
Research Journal, Vol. 79, pp. 387-393.
Munawar S.S., Umemura K., Kawai S.,
2007, ”Characterization of the
morphological, physical, and
mechanical properties of seven nonwood plant fiber bundles”, Journal of Wood Science, vol. 53, pp. 108-113.
Silva F.A., Chawla N., de Toledo Filho R.D., 2008, “Tensile behaviour of high performance natural (sisal) fibers”, Composites Science and Technology, vol. 68, pp. 3438–3443.
Stern F., 1956, “A note on the structure and mechanical properties of coir fibre”, Journal of Textile Institute,
Tomczak F., Sydenstricker T.H.D., Satyanarayana K.G., 2007, “Studies on lignocellulosic fibres of Brazil. Part II. Morphology and properties of Brazilian coconut fibres”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 38, pp. 1710-1721.
van Dam J.E.G., van den Oever M.J.A., Teunissen W, Keijsers E.R.P, van der Putten J.C., Anayron C, Josol F, Peralta A., 2006, “Process for production of high density/high performance binderless boards from whole coconut husk. Part 2: coconut husk morphology, composition and properties. Industrial Crops and Product, Vol. 24, pp. 96-104.
