BAB II TINJAUAN PUSTAKA

6 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kajian Pustaka

Penelitian akan kegunaan rumput teki sudah mulai banyak dilakukan, mulai dari bidang kesehatan hingga industri. Sebagai contoh, Syofyan (2011) menggunakan rumput teki sebagai bahan alat penangkap ikan. Pada penelitian tersebut terdapat hasil analisis yang menyatakan bahwa rumput teki kering lebih kuat jika dibandingkan rumput teki basah. Rumput teki saat kering mampu mendapatkan hasil kekuatan putus rata-rata 4,3 kgf, sedangkan untuk rumput teki basah mendapatkan hasil rata-rata sebesar 3,2 kgf [7].

Penelitian tentang perbandingan komposisi resin dan partikel rumput teki terhadap kuat tarik dan modulus elastisitas telah dilakukan oleh Musryady (2012). Pada penelitian tersebut rumput teki telah dijadikan partikel terlebih dahulu dengan cara, menjemur rumput untuk menghilangkan kadar air didalamnya selama 5 hari. Lalu rumput yang telah kering diblender hingga halus. Rumput teki yang telah diblender lalu diayak dengan ayakan mesh 60.

Musryady dkk. melakukan perbandingan volume serat yang terbagi pada 4 komposisi yang berbeda, 0% partikel dan 100% resin, 10% partikel dan 90%

resin, 20% partikel dan 80% resin, dan yang terakhir 30% partikel dan 70%

resin. Dari penelitian tersebut didapatkan hasil penelitian kekuatan tarik dan modulus elastisitas paling tinggi terdapat pada spesimen dengan komposisi 10% partikel dan 90% resin [1].

Lalu penelitian juga dilakukan oleh Witono (2013) tentang variasi waktu perendaman larutan alkali (NaOH) dengan tingkat konsentrasi alkali yang berbeda-beda menggunakan serat mendong dengan uji tarik. Variasi konsentrasi larutan alkali yang digunakan sebesar 2,5%, 5%, dan 7,5%

dengan lama perendaman pada setiap konsentrasi 2, 4, dan 6 jam. Dari penelitian yang dilakukan didapatkan hasil kekuatan tarik tertinggi adalah 497,34 MPa menggunakan serat dengan perlakuan perendaman larutan alkali (NaOH) dengan konsentrasi 5% selama 2 jam. Dari hasil pengujian tarik

7

penelitian Witono dkk. didapatkan hasil beban tarik maksimum sebesar 0,41 N dengan perlakuan 4 jam perendaman dalam 2,5% NaOH. Sedangkan hasil beban tarik maksimum paling rendah adalah 0,23 N dengan perlakuan 2 jam perendaman dalam 5% NaOH. Nilai dari kekuatan tarik maksimal tertinggi adalah 497.336 MPa dengan perlakuan perendaman 2 jam dalam 5% NaOH.

Lalu untuk nilai kekuatan tarik maksimum terendah adalah 414.960 MPa dengan perlakuan perendaman 6 jam dalam 7,5% NaOH. Nilai elongasi terbesar adalah 3.03% dengan perlakuan perendaman selama 6 jam dalam 7,5%

NaOH. Sedangkan nilai elongasi paling rendah sebesar 2.53% dengan perlakuan perendaman selama 2 jam dalam 5% NaOH [8].

2.2. Dasar Teori 2.2.1 Komposit

Komposit secara umum merupakan gabungan dua atau lebih material dengan karakteristik yang berbeda secara kimiawi menggunakan zat pencampur. Pembentukan komposit biasanya menggunakan material yang tidak homogen [9]. Pada umumnya hanya ada dua jenis komposit yaitu, komposit menggunakan serat sintetis dan komposit menggunakan serat alam.

Komposit serat alam merupakan gabungan dua atau lebih material organik secara kimiawi dengan zat pencampur. Karakteristik dari tiap komposit akan bermacam-macam tergantung dari material pembentuk yang digunakan [10].

Serat alam sendiri dapat dikelompokan menjadi 3 berdasarkan sumbernya yaitu serat tanaman, serat binatang, dan serat mineral.

Karakteristik dari komposit serat alam sangatlah bermacam-macam, untuk mendapatkan tingkat kekuatan tarik yang tinggi dibutuhkan serat dengan muatan selulosa yang tinggi, derajat polimerisasi yang tinggi, dan sudut mikrofibril yang rendah [11].

8

Komposit serat alam merupakan bahan yang memiliki kekakuan dan kekuatan yang terbilang relatif tinggi. Komposit serat alam memiliki berapa keuntungan jika dibandingkan dengan komposit serat sintetis, diantaranya yaitu beratnya yang lebih ringan, lebih ramah terhadap lingkungan, dan lebih minim menjadi penyebab iritasi pada kulit [12].

Terdapat beberapa metode dalam pembuatan komposit, diantaranya ialah :

a. Metode Resin Transfer Mold (RTM)

RTM merupakan salah satu metode yang cukup sering digunakan untuk membuat komposit dengan bentuk yang terbilang rumit.

Secara garis besar cara kerja dari metode ini yaitu meletakan serat pada cetakan komposit, lalu resin dipaksa masuk kedalam cetakan dengan diberi tekanan. Skema pembuatan komposit menggunakan metode RTM terdapat pada Gambar 2.1.

Gambar 2. 1 Metode Resin Transfer Mold (RTM) [13]

b. Metode Hand Lay-Up

Metode ini merupakan metode terbuka dan tertua dari proses manufaktur. Cara kerja secara singkat dari metode ini adalah mengaplikasikan resin pada serat dengan menggunakan kuas pada cetakan terbuka. Skema pembuatan komposit menggunakan metode hand lay-up dapat dilihat pada Gambar 2.2

Penyemprot Serat Penyemprot Resin

Lapisan Serat dan Resin

9

Gambar 2.2Metode Hand Lay-Up [13]

c. Metode Cetak Tekan (Compression Molding)

Cetak Tekan merupakan metode pencetakkan komposit dengan cara menekan cetakan dari dua sisi. Penjelasan secara garis besar dari metode ini adalah mengisi resin pada cetakan dibagian dasar lalu serat dimasukan, setelah itu tuang resin yang kedua kali untuk menutupi seluruh serat. Lalu cetakan ditekan dari dua sisi untuk menghilangkan udara yang terjebak didalam komposit. Skema pembuatan komposit menggunakan metode cetak tekan dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2. 3 Metode Cetak Tekan (Compression Molding) [14]

Untuk mendapatkan sifat kekuatan mekanis yang maksimal, salah satu faktor yang mempengaruhi kekuatan dari suatu komposit ialah perlakuan perendaman serat menggunakan larutan alkali (NaOH).

Sikat Pengoles Resin

Lapisan Serat dan Resin

Alat Penekan

Molding

10

Perendaman serat pada larutan alkali (NaOH) berfungsi untuk meningkatkan kekakuan, peningkatan tersebut terjadi karena meningkatnya kandungan selulosa pada serat dan juga berkurangnya kandungan unsur-unsur lain seperti hemiselulosa dan lignin.

Penelitian yang dilakukan Kusuma kencanawati dkk. (2018), yang telah menganalisis karakteristik fisik, morfologi, dan sifat mekanik terhadap serat kulit buah pinang (Areca Catehu) yang dapat dan yang tidak mendapatkan perlakuan alkali. Pada penelitian tersebut serat kulit buah pinang diberi perlakuan NaOH 2,5%, 5%, 7,5%, dan 10% selama 2 jam dan dengan temperatur kamar. Dari penelitian tersebut didapatkan hasil penurunan densitas serat kulit buah pinang seiring dengan pertambahan persentase NaOH jika dibandingkan dengan serat tanpa perlakuan NaOH. Kekuatan tarik yang bervariasi pada serat yang mendapat perlakuan NaOH, serat dengan perlakuan perendaman 5% NaOH mendapatkan nilai kekuatan tarik tertinggi sebesar 165 Mpa. Lalu serat dengan perlakuan perendaman 10%

NaOH mendapatkan nilai kekuatan tarik terendah sebesar 137 MPa.

Akan tetapi perendaman serat pada larutan alkali (NaOH) yang berlebih juga bisa menurunkan kekuatan serat. Hal ini disebabkan akibat terjadinya proses delignifikasi dan penetrasi pada rantai selulosa dan berakibat pada rusaknya serat.

Peningkatan kekuatan mekanis juga dipengaruhi oleh fraksi volume.

Pengertian dari fraksi volume adalah perbandingan antara banyak serat dan matrik yang dipakai. Besar nilai dari fraksi volume berfungsi untuk mengetahui perbandingan antara serat dan matrik, agar didapatkan perbandingan yang sesuai dengan ketentuan atau kebutuhan untuk mendapatkan sifat mekanis yang baik [16]. Untuk mengetahui nilai dari fraksi volume dapat digunakan persamaan berikut ini :

11 𝑉𝑓 =𝑉𝑓

𝑉𝑐 (1)

𝑉𝑚 =𝑉𝑚

𝑉𝑐 (2)

Keterangan : Vf = Volume serat (ml) Vm = Volume matrik (ml) Vc = Volume komposit (ml)

2.2.2 Matrik

Matrik merupakan salah satu komponen yang terdapat dalam struktur komposit dan dapat mendistribusikan beban, sehingga serat dapat melekat dengan paik pada matrik. Matrik dapat berasal dari logam maupun polimer. Pada dasarnya material dari matrik biasanya memiliki ketahanan yang tinggi terhadap temperatur tinggi [17].

Terdapat dua jenis dari polimer yaitu termoplastik dan termoset.

Termoplastik merupakan jenis polimer yang dapat di daur ulang, sedangkan untuk termoset memiliki karakteristik yang berlawanan dengan termoplastik yaitu tidak dapat di daur ulang [5].

Umumnya resin digunakan sebagai matrik pada komposit. Pada suhu ruang resin merupakan material yang berbentuk cairan dan akan mengeras jika diberikan zat pengeras atau hardener saat pembuatan komposit untuk menguatkan struktur. Resin polyester merupakan sebutan untuk resin yang digunakan sebagai matrik. Keunggulan dari resin polyester ini adalah biaya yang rendah, daya tahan yang baik terhadap tekanan, tahan terhadap segala jenis cuaca, sifatnya yang transparan, dan mudah untuk diaplikasikan. Lalu untuk kekurangan dari resin polyester salah satunya adalah rawan terbentuknya ruang kosong (Void) atau inhibisi yang terjadi akibat udara maupun serat [16].

12 2.2.3 Kekuatan Tarik

Pengujian tarik merupakan pengujian yang paling luas dan paling banyak dipelajari. Metode pengujian tarik terbilang cukup sering digunakan karena pengujiannya yang sederhana, membuat pengolahan data dan analisis pengujian lebih mudah dibandingkan metodepengujian lainnya. Meskipun demikian pengujian tarik harus menggunakan banyak spesimen, dikarenakan untuk komposit serat alam sifat dan strukturnya beraneka ragam [11]. Prinsip kerja dari uji tarik adalah pemberian beban tarik pada setiap sumbu spesimen uji secara uniaksial sampai benda atau spesimen uji tersebut mengalami kegagalan atau failure. Kekuatan tarik dapat dihitung menggunakan rumus (3).

𝜎 = 𝑃

𝐴 (3)

Keterangan : 𝜎 = Kekuatan tarik (MPa) P = Beban yang bekerja (N)

A = Luas penampang benda kerja (𝑚𝑚²)

Untuk menghitung regangan digunakan rumus ke (4) 𝜀 =𝑙_𝑖− 𝑙_𝑜

𝑙_𝑜 =∆𝑙

𝑙_𝑜 (4)

Keterangan : 𝜀 = Regangan

𝑙_𝑖 = Panjang akhir (mm) 𝑙_𝑜 = Panjang awal (mm)

Mesin yang akan digunakan pada uji tarik ini adalah Mesin Uji Universal (Universal Testing Machine). Mesin ini dapat mamanjangkan spesimen yang akan diuji dengan kecepatan yang konstan secara terus menerus dan dapat mengukur beban yang diberikan pada spesimen selama pengujian berlangsung. Terdapat beberapa bagian pada mesin uji tarik ini yaitu bagian crosshead, bagian

13

ini berfungsi untuk menahan spesimen pada bagian atas maupun bagian yang diam selama proses pengujian. Pada bagian crosshead juga terdapat sensor loadcell, sensor ini berfungsi untuk menghitung beban tarik yang diberikan pada spesimen. Lalu ada bagian extensometer, bagian ini berfungsi sebagai pengukur perbuahan panjang yang terjadi pada spesimen selama proses pengujian. Terdapat juga bagian moving crosshead, bagian ini berfungsi menarik benda yang sedang diuji dengan menggunakan silinder berulir, untuk membawa dan menggerakkan bagian dari moving crosshead tersebut.

Dengan menggunakan pengujian tarik, sifat mekanik dari suatu material dapat diketahui dengan melihat reaksi material uji bereaksi terhadap gaya tarik yang diberikan selama proses pengujian berlangsung. Pada Gambar 2.4 terdapat skema dari mesin pengujian tarik terhadap spesimen.

Gambar 2. 4 Skema pengujian tarik [18]

14 2.2.4 Pengujian Tekuk

Salah satu pengujian yang sering kali digunakan pada suatu material adalah pengujian tekuk. Gambaran sederhana dari pengujian tekuk (bending) yaitu memberikan beban pada bagian tengah dari spesimen yang akan diuji hingga spesimen tersebut mengalami kegagalan.

Terdapat dua jenis dari pengujian tekuk diantaranya adalah tekuk empat titik dan tekuk tiga titik. Perbedaan kedua jenis pengujian tersebut hanya terdapat pada mekanisme pemberian bebannya saja.

Untuk jenis tekuk empat titik menggunakan dua buah batang yang memberikan beban. Sedangkan untuk Jenis tiga titik hanya menggunakan satu buah batang untuk memberikan beban.

Pada pengujian tekuk kali ini menggunakan mesin uji universal yang telah didesain untuk memberikan beban tekuk secara konstan. Pada mesin ini juga dapat mengukur beban yang diberikan sehingga dapat menghasilkan data yang akurat dan bersifat aktual. Skema dari pengujian tekuk dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2. 5 Skema pengujian tekuk (bending) [19]

Adapun rumus yang digunakan untuk menghitung momen dan kekuatan tekuk seperti berikut ini.

𝑀 =𝐹𝐿

4 (5)

𝜎_𝑓𝑠 = 3𝐹𝐿 2𝑏𝑑²

(6)

15

Keterangan: M = Momen tekuk (Nmm) F = Beban (N)

L = Panjang jarak tumpuan (mm) σfs = Tegangan tekuk (MPa) b = Lebar spesimen (mm) d = Tebal spesimen (mm)

2.2.5 Pengujian Densitas

Pengukuran dari setiap satuan massa terhadap satuan volume benda disebut dengan densitas (massa jenis), nilai massa jenis suatu benda dengan volume benda tersebut selalu berbanding lurus [20]. Cara menguji densitas dari suatu benda pada dasarnya menggunakan hukum Archimedes, dengan cara menimbang spesimen uji kedalam wadah berisi air untuk mengetahui kerapatan massa dari spesimen tersebut[21].

Pengujian ini dilakukan dengan mengetahui massa maupun volume dari spesimen yang akan diuji. Setelah mengetahui nilai massa dan volume dari material yang akan diuji, perhitungan densitas dapat dihitung menggunakan rumus berikut ini.

𝜌 =𝑚

𝑣 (7)

Keterangan : 𝜌 = Massa jenis benda uji (gr/ml) m = Massa benda uji (gr)

v = Volume benda uji (ml)