Pemanfaatan Limbah Serat Sabut Kelapa sebagai Bahan Pembuat Helm Pengendara Kendaraan Roda Dua

(1)

LAPORAN PENELITIAN

INTERNAL

Pemanfaatan Limbah Serat Sabut Kelapa sebagai Bahan Pembuat

Helm Pengendara Kendaraan Roda Dua

Oleh:

Muh Amin, S.T., M.T. Fu’ad Abdillah, S.T.

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADYAH SEMARANG (UNIMUS) NOPEMBER 2009

(2)

HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN HASIL PENELITIAN INTERNAL

1. _{JUDUL PENELITIAN} _{: Pemanfaatan Limbah Serat Sabut Kelapa sebagai}

Bahan Pembuat Helm Pengendara Kendaraan Roda Dua

2. _{BIDANG PENELITIAN : Rekayasa} 3. _{KETUA PENELITI}

a. Nama : Muh Amin, S. T, M. T. b. Jenis Kelamin : Pria

c. NIK : K. 1026.0133

d. Disiplin Ilmu : Teknik Mesin/Mekanika Bahan e. Pangkat/Golongan : Penata Muda/III-A

f. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli

g. Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin h. Alamat Kantor : Jl. Kasipah 12 Semarang i. Telepon/Fax : (024) 8445768 / (024) 8452660 j. Alamat Rumah : Mulungan Rt.3 / Rw.3 Jatilor Godong

Grobogan Purwodadi k. Telepon : Hp. 081 567 19114

4. _{JUMLAH TIM PENELITI : 1 Orang}

a. Nama Anggota : Fuad Abdillah,ST.

5. _{LOKASI PENELITIAN} _{: Lab. Teknik Mesin UNIMUS & Teknik Bahan}

UGM Yogyakarta

6. _{BIAYA PENELITIAN} _:

a. Sumber dari UNIMUS : Rp. 2.000.000,00 (Dua Juta Rupiah)

Semarang, Nopember 2009 Mengetahui:

Dekan FT UNIMUS Ketua Peneliti

Drs. H. Samsudi Raharjo, S.T., MM. Muh Amin, S. T., M. T.

NIP. 28.6.1026.028 K. 1026.0133

Menyetujui:

Ketua LEMLIT UNIMUS

Dra. Sri Darmawati, M.Si NIP. 28.6.1026.040

(3)

RINGKASAN

Tanaman kelapa merupakan tanaman yang banyak dijumpai di seluruh pelosok Nusantara, sehingga hasil alam berupa kelapa di Indonesia sangat melimpah. Sampai saat ini pemanfaatan limbah berupa sabut kelapa masih terbatas pada industri-industri mebel dan kerajinan rumah tangga dan belum diolah menjadi produk teknologi. Limbah serat buah kelapa sangat potensial digunakan sebagai penguat bahan baru pada komposit.

Beberapa keistimewaan pemanfaatan serat sabut kelapa sebagai bahan baru rekayasa antara lain menghasilkan bahan baru komposit alam yang ramah lingkungan dan mendukung gagasan pemanfaatan serat sabut kelapa menjadi produk yang memiliki nilai ekonomi dan teknologi tinggi. Untuk mencapai tujuan tersebut maka perlu dilakukan adanya penelitian tentang pemanfaatan limbah serat sabut kelapa sebagai bahan pembuat helm pengendara kendaraan roda dua.

Tujuan dari penelitian ini adalah meneliti pengaruh fraksi volume serat terhadap kekuatan tarik, modulus dan regangan dari komposit serat sabut kelapa-polyester, meneliti pengaruh fraksi volume serat terhadap struktur mikro komposit serat sabut kelapa-polyester dan mengoptimalkan penggunaan komposit serat sabut kelapa-kelapa-polyester sebagai bahan helm pengendara kendaraan roda dua.

Kesimpulan dari hasil penelitian adalah:

1) Tegangan tarik yang paling optimum dimiliki oleh bahan komposit polyester yang diperkuat serat sabut kelapa yaitu dengan fraksi volume 60% serat sabut kelapa yaitu sebesar 14,7 MPa.

2) Regangan bahan komposit poliester berpenguat serat sabut kelapa juga menunjukkan adanya optimum yaitu pada penambahan 60% fraksi volume serat yang diperoleh harga sebesar 0,42 %.

3) Serat sabut kelapa memiliki keuletan yang lebih tinggi dari pada matriknya yaitu polyester

4) Modulus elastisitas komposit semakin meningkat seiring dengan penambahan fraksi volume serat. Peningkatan modulus elastisitas secara signifikan terjadi pada fraksi volume 42 % yaitu sebesar 3,85 GPa.

(4)

PRAKATA

Alhamdulillahirobbil a’laamin puji syukur kami panjatkan pada Alloh SWT atas limpahan nikmat yang diberikan pada kita sehingga dalam waktu yang relative singkat ini kami akhirnya dapat menyelesaikan program Unimus dalam hal penelitian dosen internal dengan judul “Pemanfaatan Limbah Serat Sabut Kelapa sebagai Bahan Pembuat Helm Pengendara Kendaraan Roda Dua”.

Ucapan terimakasih kami ucapkan pada pihak-pihak terkait mulai dari rekan-rekan yang telah rela menyumbangkan ide, pihak Laboran Teknik Mesin Unimus dan Teknik Bahan UGM yang telah menyediakan sarana dan prasarana pengujian material dan pihak Lemlit Unimus yang telah memberikan kesempatan untuk melakukan penelitian ini.

Hasil dari penelitian ini kami harapkan dapat menyumbangkan data dalam khasanah keilmuan khususnya dibidang material teknik. Disamping itu dapat ditindak lanjuti untuk penerapan aplikasi Pemanfaatan Limbah Serat Sabut Kelapa sebagai Bahan Pembuat Helm Pengendara Kendaraan Roda Dua.

Kami menyadari bahwa hasil dari penelitian ini masih jauh dari kesempurnaan maka dari itu kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan.

Semarang, Nopember 2009

(5)

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ...………... i

A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN ……...…………... ii

PRAKATA ...……...………... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ……….. vi

DAFTAR LAMPIRAN ...……... vii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ………... 1

1.2. Rumusan Masalah ……….. 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Pustaka ……….……….. 3

2.2. Landasan Teori ………. 4

BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN 3.1. Tujuan Penelitian ………..………. 6

3.2. Manfaat Penelitian ……….……… 6

BAB IV METODE PENELITIAN 4.1. Bahan penelitian ………. 7

4.2. Alat Penelitian ………. 7

4.3. Cara Penelitian ……… 7

4.3.1. Persiapan Penelitian ………..………. 7

4.3.2. Pelaksanaan Penelitian ………..……….. 7

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1.Kekuatan tarik komposit serat sabut kelapa-polyester………... 10

5.2.Regangan………..……….. 11

5.3.Modulus Elastisitas……….………. 12

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6. 2. Saran ……….. 14

(6)

DAFTAR PUSTAKA ...……... 15 LAMPIRAN ... ... 16

(7)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 4.1. Diagram alir penelitian ………..……….. 4

Gambar 5.1. Benda ui tarik ………..……...………. 10

Gambar 5.2. Hasil Uji tarik……….. 11

Gambar 5.3. Hasil uji regangan ……… 12

Gambar 5.4. Foto patahan specimen akibat beban tarik …….……….……… 12

(8)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 BIODATA PENELITI ... 16 LAMPIRAN 2 BAHAN DAN ALAT PENGUJIAN ..………..………. 18 LAMPIRAN 3 ARTIKEL ILMIAH ………..……….. 22

(9)

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Perkembangan penggunaan bahan komposit berbahan alam (Natural Composite/ Naco) dalam bidang industri otomotif saat ini mengalami perkembangan yang sangat pesat dan berusaha menggeser keberadaan bahan sintetis yang sudah biasa dipergunakan sebagai penguat pada bahan komposit seperti E-Glass, Kevlar-49, Carbon/ Graphite, Silicone Carbide, Aluminium Oxide, dan Boron. Sebagai contoh, PT. Toyota di Jepang telah memanfaatkan bahan komposit berpenguat serat kenaf sebagai komponen panel interior mobil. Selain itu, produsen mobil Daimler-Bens telah memanfaatkan serat abaca sebagai penguat bahan komposit untuk dashboard. Penggunaan bahan serat alam ini lebih disukai karena disamping biayanya relatif lebih murah juga bersifat ramah lingkungan.

1.2.Rumusan Masalah

Helm untuk pengendara kendaraan roda dua merupakan salah satu pelengkap dalam keamanan berkendara. Oleh sebab itu setiap pengendara kendaraan roda dua diwajibkan untuk memakai sebuah helm sebagai pelindung kepala. Mengingat fungsi dari helm tersebut maka bahan dari helm harus dapat melindungi kepala dari benturan apabila terjadi kecelakaan pada bagian kepala sehingga kepala pengendara dapat terselamatkan.

Sementara ini bahan untuk pembuat helm pengendara kendaraan roda dua adalah dari bahan sintetis yang hargaya relatif mahal dan tidak ramah lingkungan. Dalam

(10)

penelitian ini dicoba dipergunakan serat sabut kelapa sebagai penguat pada matrik polyester dalam bentuk komposit yang akan dipergunakan sebagai pengganti bahan sistetis tersebut. Oleh sebab itu perlu adanya suatu penelitian yang simultan untuk mengetahui karakteristik dari serat sabut kelapa sebagai penguat pada sebuah komposit sebelum diaplikasikan di beberapa industri agar penggunaannya dapat dioptimalkan.

(11)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Tinjauan Pustaka

Penelitian yang dilakukan oleh Karnani et. al., 1997 bahwa kekuatan tarik komposit serat alam kenaf-polipropilene (PP) dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) 2% dengan panjang serat 1,58 cm. Kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa MAPP pada prosentase berat (20, 40 dan 60)% adalah 26,9 Mpa, 27,1 Mpa dan 27,4 Mpa. Pada penambahan prosentase berat yang sama, penambahan MAPP mampu meningkatkan kekuatannya menjadi 32,7 Mpa, 41,3 Mpa dan 53,8 Mpa.

Penelitian yang senada dilakukan oleh Rowel et al., 1999 yang meneliti komposit serat alam kenaf yang dipotong sepanjang 1 cm dengan matrik polipropilene (PP) yang dihasilkan bahwa kekuatan dan modulus tarik komposit memiliki lebih tinggi dari pada dengan PP saja. Dan sifat mekanis tersebut dapat ditingkatkan lagi dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) sebagai coupling agent. MAPP ini berfungsi meningkatkan kompatibilitas dan adhesive antara matrik dengan serat. Pada fraksi berat serat 60 % kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa dan dengan MPP 2% adalah 3,5 Mpa dan 7,5 Mpa.

Dari hasil kedua penelitian diatas menunjukkan bahwa pada komposit kenaf acak panjang dengan matrik unsaturated polyester (UPRs) dengan melakukan penambahan panjang serat akan meningkatkan sifat mekanis dari komposit. Hal ini juga dibenarkan oleh (Gibson, 1994) yang menyatakan bahwa salah satu faktor yang mempengaruhi kekuatan dari komposit adalah jenis serat dan matrik. Pasangan serat dan matrik yang baik akan meningkatkan sifat material tersebut. Disamping itu faktor lain yang berperan serta dalam kekuatan komposit adalah diameter serat, panjang serat, orientasi sudut serat, distribusi serat dan kandungan serat.

Jamasri (2005) melakukan penelitian komposit serat buah sawit acak bermatrik polyester. Limbah serat sawit dicuci dengan air dan dikeringkan secara alami didalam ruangan. Untuk mengetahui kandungan air serat dilakukan dengan pemanasan dalam oven pada suhu 62oC. Serat dengan diamater 1 mm dengan panjang 4-6 cm dipergunakan sebagai penguat pada komposit dengan matrik unsaturated polyester

(12)

(MEKPO). Pembuatan komposit dilakukan dengan metode cetak tekan untuk variasi fraksi berat serat (19, 27, 30, 36 dan 42)%. Semua sampel dilakukan post cure pada suhu 62oC selama 4 jam. Sampel uji tarik dibuat dari komposit flat hasil pencetakan, yang dipotong dengan gerinda tangan. Spesimen tersebut dibentuk dengan mangacu pada standard ASTM D 638 (ASTM, 2002) dengan panjang ukur spesimen 50 mm. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa peningkatan kekuatan tarik secara linier untuk penambahan fraksi berat serat. Sedangkan harga modulus dan regangan patah untuk fraksi berat serat sampai 30% tidak memberikan peningkatan yang signifikan dan terjadi peningkatan yang signifikan pada fraksi berat serat diatas 36%.

Arif (2008) meneliti pengaruh fraksi volume serat kelapa pada komposit matrik poliester terhadap kekuatan tarik, impak dan bending dengan mempersiapkan serat kelapa dengan panjang 1 cm. Serat kelapa dengan panjang 1 cm dicampur dengan matrik polyester dengan variasi farksi volume serat sebesar 5%, 10%, 20% dan 30%. Dari hasil pengujian didapatkan kekuatan mekanik terbaik tensile strength 3,63 kg/mm² pada komposit dengan fraksi volume 30%, modulus elastisitas 40,33 kg/mm² pada fraksi volume 30%, elongation 0,19 pada fraksi volume 5%, flexural strength 3,18 kg/mm² pada fraksi volume 30%, flexural modulus 118,18 kh/mm² pada fraksi volume 30% dan impact strength 2,61J/m² pada komposit dengan fraksi volume 30%.

2.2.Landasan Teori

Salah satu faktor penting pada kekuatan komposit serat pendek dengan matrik termoplastik adalah penyebaran serat, gaya ikat serat dengan matriknya, aspek perbandingan serat, fraksi serat dan orientasi serat (Gatenholm, 1993; Kokta, 1991). Menurut (Roe dan Ansel, 1985) fraksi volume serat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

[

]

c Q M M c v v vf M f c ) ( − − =

Apabila selama proses pembuatan komposit diketahui massa serat dan matrik, serta density serat dan matrik, maka fraksi volume dan fraksi massa serat dapat dihitung dengan persamaan (Shackelford, 1992):

M M f f f f f V W W W v + = ρ ρ

(13)

M M f f f f f v v v w ρ ρ ρ + =

Fraksi massa serat tersebut dapat disederhanakan menjadi (Kaw, 1997):

c f f W W w =

Analisis kekuatan komposit biasanya dilakukan dengan mengasumsikan ikatan serat dan matrik sempurna. Pergeseran antara serat dan matriks dianggap tidak ada dan deformasi serat sama dengan deformasi matrik. Kekuatan tarik dapat dihitung dengan persamaan:

Modulus elastisitas bahan dapat dicari dengan memanfaatkan pengujian tarik yang dilakukan dengan melakukan penambahan pembebanan secara terus menerus sampai spesimen terjadi kerusakan (patah) dengan mencatat beban pembebanan yang diberikan dan besar regangan yang terjadi. Dari hasil pengukuran regangan (ε_{) dan}

jumlah pembebanan (P) yang dibutuhkan dipergunakan untuk menghitung kekuatan tarik (σ_{) dengan persamaan sebagai berikut:}

Sedangkan regangan dapat dicari dengan persamaan:

Dan modulus elastisitas bahan komposit dengan persamaan sebagai berikut:

Berdasarkan the Rule of Mixture (ROM), kekuatan dan modulus tarik komposit berpenguat serat searah kontinyu dapat dihitung dengan persamaan (Sanadi, 1986):

m f f f c m m f f c E v E v E v v ) 1 ( − + = + =σ σ σ

(14)

BAB III

TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

a. Meneliti pengaruh fraksi volume serat terhadap kekuatan tarik, modulus dan regangan dari komposit serat sabut kelapa-polyester.

b. Meneliti pengaruh fraksi volume serat terhadap struktur mikro komposit serat sabut kelapa-polyester.

c. Mengoptimalkan penggunaan komposit serat sabut kelapa-polyester sebagai bahan helm pengendara kendaraan roda dua.

3.2. Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diambil dari pelaksanaan penelitian ini adalah:

a. Mengetahui karakteristik dari serat sabut kelapa sebagai penguat pada sebuah komposit sebelum diaplikasikan di beberapa industri agar penggunaannya dapat dioptimalkan.

b. Penelitian ini dilakukan untuk memberikan solusi dalam penanganan limbah serat sabut kelapa dengan dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan helm pengendara kendaraa roda dua.

c. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan data tambahan mengenai material baru terutama dibidang komposit yang berasal dari limbah serat sabut kelapa.

(15)

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1.Bahan penelitian

Bahan penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

• Serat sabut kelapa.

• Unsaturated poliester type 157 BQTN

• Hardener MEKPO dengan kadar 1%.

Kertas ampelas (ukuran 120, 220, 400, 600, 800 dan 1000) untuk menghaluskan permukaan spesimen.

4.2.Alat Penelitian

Beberapa alat yang diperlukan dalam penelitian ini adalah:

1) Timbangan digital digunakan untuk menentukan fraksi volume serat dan matrik. 2) Mesin uji tarik.

3) Drying Oven untuk mengeringkan specimen.

4) Microskop optik digunakan untuk pengamatan struktur mikro. 5) Micrometer untuk pengukuran pembuatan geometri spesimen.

4.3.Cara Penelitian

4.3.1. Persiapan Penelitian

1. Pada awal penelitian dilakukan a. Pembuatan cetakan

b. Pembuatan komposit 2. Pengujian tarik

a. Pembuatan spesimen uji tarik dengan mangacu pada standard ASTM D 638 (ASTM, 2002) dengan panjang ukur spesimen 50 mm

b. Melakukan pengujian tarik 3. Pengamatan struktur mikro

a. Pengamatan permukaan patah akibat beban tarik dengan mikroskop

4.3.2. Pelaksanaan Penelitian

Kegiatan penelitian dilaksanakan sesuai dengan diagram alir pada gambar 4.1, dengan mempersiapkan serat sabut kelapa yang diperoleh dengan cara manual. Pembuatan sepesimen dilakukan dengan pencetakan

(16)

menggunakan dua buah kaca yang diberi tekanan (metode hand lay up) yang dihasilkan specimen berbentuk flat.

Gambar 4.1. Diagram alir penelitian

Sampel uji tarik dibuat dari komposit flat hasil pencetakan tersebut yang dipotong dengan gerinda tangan dan dihaluskan dengan menggunakan ampelas.

Teori Mulai

Penimbangan serat SSK dengan fraksi volume (27, 30, 36, 42

dan 60)%

Pembuatan serat sabut kelapa (SSK) dengan panjang 1 cm

Pembuatan komposit Chopped Stand Matt

Pengeringan spesimen pada suhu 62oC selama 4 jam

Analisis/Pembahasan

Kesimpulan

Selesai Pembuatan spesimen uji

tarik

Pengambilan Data Pengujian tarik Tahap Persiapan

Pembuatan cetakan (Dies)

Pengamatan struktur mikro (Microscope Optic)

Penimbangan matrik Polyester dengan fraksi volume (73, 70,

64, 58 dan 40)% Persiapkan matrik Polyester

(17)

Spesimen tersebut dibentuk dengan mangacu pada standard ASTM D 638 (ASTM, 2002) dengan panjang ukur spesimen 50 mm.

Jumlah spesimen seperti yang terlihat pada Tabel 4.1 dengan berbagai variasi fraksi volume serat masing-masing dilakukan pengujian Uji Tarik sebanyak 5 kali pengujian (sebanyak jumlah spesimen yang dibuat) dengan mencatat hasil pengukuran. Gaya (pembebanan) dan Regangan yang terjadi pada saat spesimen dilakukan pengujian sampai terjadi kerusakan (putus). Kerusakan pada permukaan spesimen lalu diamati dengan menggunakan microscope optic untuk mengetahui jenis patah/kerusakan spesimen akibat pengujian tarik.

Tabel 4.1. Variasi pengujian dan jumlah spesimen Fraksi Volume (%)

No.

Serat Sabut Kelapa Polyester

Jumlah Spesimen untuk Uji Tarik

1 27 73 5 2 30 70 5 3 36 64 5 4 42 58 5 5 60 40 5 TOTAL SPESIMEN 25

(18)

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1. Kekuatan Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa-Polyester

Sebelum melakukan uji tarik terlebih dahulu dilakukan pembuatan benda uji atau specimen dengan variasi jumlah specimen sebanyak 5 yaitu specimen 1 (27% SSK-73% PE), Spesimen 2 (30% SSK-70% PE), Spesimen 3 (36% SSK-64% PE), Spesimen 4 (42% SSK-58% PE) dan Spesimen 5 (60% SSK-40% PE) seperti terlihat pada Gambar 5.1.

Spesimen 1 (27% SSK-73% PE) Spesimen 2 (30% SSK-70% PE)

Spesimen 5 (60% SSK-40% PE) Gambar 5.1. Benda uji tarik

(19)

Hasil pengujian tarik yang diperoleh menunjukkan bahwa dengan bertambahnya fraksi volume serat akan meningkatkan tegangan tarik komposit serat sabut kelapa-polyester. Ini berarti bahwa tegangan tarik dari serat sabut kelapa (penguat) memiliki harga yang lebih tinggi dari matrik yaitu polyester.

Berdasarkan data hasil pengujian pada Gambar 5.2 menunjukkan bahwa tegangan tarik dari komposit serat sabut kelapa-polyester naik dengan naiknya fraksi volume serat. Tegangan tarik yang paling optimum dimiliki oleh bahan komposit polyester yang diperkuat serat sabut kelapa dengan fraksi volume 60% yaitu sebesar 14,7 MPa.

TEGANGAN TARIK 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 20 30 40 50 60 FRAKSI VOLUME (%) T E G A N G A N T A R IK ( M P a )

Gambar 5.2. Hasil pengujian tarik

Hal ini menunjukkan bahwa pada fraksi volume tersebut merupakan fraksi volume yang paling efektif untuk meningkatkan kekuatan komposit berpenguat serat sabut kelapa.

Pada komposit dengan serat sabut kelapa dengan fraksi volume yang lebih sedikit cenderung lebih rendah tegangan tariknya karena semakin sedikitnya reinforced (penguat) pada komposit tersebut. Sehingga semakin mudah mengalami putus apabila mengalami pembebanan dari pada komposit dengan fraksi volume yang semakin banyak.

5.2. Regangan

Regangan bahan komposit poliester berpenguat serat sabut kelapa juga menunjukkan adanya optimum dengan 60% fraksi volume serat yaitu dengan harga sebesar 0,42 %. Gambar 5.3 menunjukkan bahwa dengan naiknya fraksi volume

(20)

serat juga akan meningkatkan regangan komposit. Hal ini menunjukkan bahwa serat sabut kelapa memiliki keuletan yang lebih tinggi dari pada matriknya yaitu polyester. Gambar 5.4 merupakan foto patahan specimen akibat mengalami beban tarik. REGANGAN 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 20 30 40 50 60 F R A KSI V O LU M E ( %)

Gambar 5.3. Hasil pengujian regangan

Gambar 5.4. Foto patahan speseimen akibat beban tarik

5.3. Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas komposit semakin meningkat seiring dengan penambahan fraksi volume serat. Peningkatan modulus elastisitas secara signifikan terjadi pada fraksi volume 42 % yaitu sebesar 3,85 GPa. Harga modulus elastisitas ini apabila dibandingkan dengan penelitian yang lain seperti yang dilakukan oleh Rowell at al. (1999) masih relatif lebih rendah.

(21)

MODULUS ELASTISITAS 2.5 3 3.5 4 4.5 20 30 40 50 60 FRAKSI VOLUME (%) M O D U L U S E L A S T IS IT A S (G P a )

(22)

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6. 1. Kesimpulan

6. 2. Saran

1) Dalam pembuatan specimen dari proses awal yaitu pembuatan komposit supaya diperhatikan mengenai udara yang terjebak didalam matrik. Karena sulitnya pembuangan udara apabila dilakukan penekana. Agar mudah dilakukan lebih baik tanpa melakukan penekanan didalam pembuatannya.

2) Jangan lupa pergunakan greas sebagai pelumas pada kaca sebagai landasan didalam pembuatan komposit.

(23)

DAFTAR PUSTAKA

Arif, Yunito Akhmad, 2008, Analisa Pengaruh Fraksi Volume Serat Kelapa Pada Komposit Matriks Polyester Terhadap Kekuatan Tarik, Impact Dan Bending, Teknik Material, ITS, Surabaya.

Gibson R.F., 1994, Principle of composite Material Mechanics, McGraw-hill, Inc. New york, USA.

Jamasri, Diharjo K, dan Gunesti, 2005, Kajian Sifat Tarik Komposit Serat Buah Sawit Acak Bermatrik Polyester, Media Teknika No. 4 Tahun XXVII Edisi November 2005 No. ISSN 0216-3012, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Karnani R., Krishnan M., and Narayan R., 1997, Biofiber-reinforces Polypropylene Composites, Polymer engineering and Science, vol. 37 No. 2 pp. 476-483.

Kaw A.K., Mechanics of Composite materials, CRC Press, New York. 1997.

Rowel R.M., Sanadi A., Jacobson R., and Cauldfield D., 1999, Properties of Kenaf/Polypropylene Composite, Kenaf properties, Processing and Product, Chapter 32, Missisipi State university, Ag & Bio Engineering, pp. 381-392.

Roe P.J. dan Ansel M.P., “Jute-reinforced polyester Composites”, UK., Journal of Materials Science 20, 1985. pp. 4015-4020.

Shackelford, Introduction to Materials cience for Engineer, Third Edition, MacMillan Publishing Company, New York, USA. 1992.

Sanadi A. R., Prasad S. V., and Rohatgi P. K., Sunhemp Fibre-Reinforced Polyester, Part 1. Analysis of Tensile and Impact Properties, Journal of materials Science, Department of Materials Science, Washington State University, Washington, USA, 1986. pp. 4299-4304,

(24)

LAMPIRAN 1

BIODATA PENELITI 1. Ketua Peneliti

1. Nama Lengkap :Muh Amin, ST, MT 2. NIK : K. 1026.0133 3. Pangkat/Golongan : Penata Muda/III-A 4. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli

5. Asal Perguruan tinggi : Universitas Muhammadiyah Semarang 6. Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin

7. Bidang Keahlian : Teknik Mesin dan Mekanika Bahan

8. Alamat Rumah : Mulungan Rt. 3/ Rw. 3 Jatilor Godong Grobogan Purwodadi

Hp. 081 567 19114 9. Riwayat Pendidikan :

Macam Tempat Th. Selesai Titel Bidang S1 S2 UMS UGM 2000 2005 S.T M.T Teknik Mesin Mekanika Bahan 10.Riwayat Pekerjaan : Bekerja di UNIMUS sejak 2006 sampai sekarang 11.Pengalaman Penelitian :

• Desain Rangka Sepeda dengan Pemodelan Elemen Batang dan Shell dengan Bantuan CATIA-Elfini (Th. 2000)

• Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Kaolin (Th. 2004)

• Pengaruh Tekanan Kompaksi Terhadap Karakterisasi Keramik Kaolin yang dibuat dengan Proses Pressureless Sintering (Th. 2007)

• Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Keramik Lumpur Lapindo (Th. 2008)

12.Tulisan Publikasi :

• Pengaruh Tekanan Kompaksi dan Suhu Sintering Terhadap Densitas dan Kekerasan Kaolin (Th. 2004, Pembicara Seminar Nasional).

(25)

• Pengaruh Tekanan Kompaksi Terhadap Karakterisasi Keramik Kaolin yang dibuat dengan Proses Pressureless Sintering (Th. 2008, Majalah Ilmiah Traksi, ISNN : 1693 – 3451)

• Analisis Harga Fracture Toughness Dengan Metode Indentasi Kekerasan Vickers Pada Keramik Kaolin (Th. 2009, Majalah Ilmiah Traksi, ISNN : 1693 – 3451)

2. Anggota Peneliti

Anggota Peneliti

1. Nama : Fuad Abdillah,ST 2. NIK : K.1026.061

3. Pangkat/Golongan : Penata Muda/III-A 4. Jabatan Fungsional : Asisten Ahli

5. Asal Perguruan tinggi : Universitas Muhammadiyah Semarang 6. Fakultas/Jurusan : Teknik/Teknik Mesin

7. Bidang Keahlian : Teknik Pengujian Bahan Dan metrologi 8. Alamat Rumah : Ds. Mlilir R.1/4 No.98 Kec. Gubug

Kab Grobogan Hp. 081 325 117730 9. Riwayat Pendidikan :

Macam Tempat Th. Selesai Titel Bidang

S1 UMS 1999 S.T Teknik Mesin 10.Riwayat Pekerjaan : Bekerja di UNIMUS sejak 2003 sampai sekarang 11.Pengalaman Penelitian :

• Analisis Pembuatan piston. Bekas dengan penyisipan cast Iron

• Analisa Gejala Earing pada proses Deep Drawing 12.Tulisan publikasi :

(26)

LAMPIRAN 2

BAHAN DAN ALAT PENGUJIAN

Timbangan digital (Sartorius Type LC 1201 S)

Cetakan Silindris Cetakan

Mesin Tarik (Tarno Grocki type Mesin Ampelas UPHG20 Japan)

(27)

Microskop optik (Olympus Japan) Resin Polyester

(28)

Spesimen 5 (60% SSK-40% PE) Benda uji tarik

(29)

Spesimen 5 (60% SSK-40% PE)

(30)

DRAFARTIKEL ILMIAH

PEMANFAATAN LIMBAH SERAT SABUT KELAPA SEBAGAI BAHAN PEMBUAT HELM PENGENDARA KENDARAAN RODA DUA

Muh Amin, ST, MT.& Fuad Abdillah, ST

Abstrak

Tujuan dari penelitian ini adalah meneliti pengaruh fraksi volume serat terhadap kekuatan tarik, modulus dan regangan dari komposit serat sabut kelapa-polyester, meneliti pengaruh fraksi volume serat terhadap struktur mikro komposit serat sabut kelapa-polyester dan mengoptimalkan penggunaan komposit serat sabut kelapa-polyester sebagai bahan helm pengendara kendaraan roda dua.

Kata Kunci: Serat Sabut Kelapa (SSK), Polyester (PE), Komposit, Fraksi Volume

PENDAHULUAN

Perkembangan penggunaan bahan komposit berbahan alam (Natural Composite/ Naco) dalam bidang industri otomotif saat ini mengalami perkembangan yang sangat pesat dan berusaha menggeser keberadaan bahan sintetis yang sudah biasa dipergunakan sebagai penguat pada bahan komposit seperti E-Glass, Kevlar-49, Carbon/ Graphite, Silicone Carbide, Aluminium Oxide, dan Boron. Sebagai contoh, PT. Toyota di Jepang telah memanfaatkan bahan komposit berpenguat serat kenaf sebagai komponen panel interior mobil. Selain itu, produsen mobil Daimler-Bens telah memanfaatkan serat abaca sebagai penguat bahan komposit untuk dashboard. Penggunaan bahan serat alam ini lebih disukai karena disamping biayanya relatif lebih murah juga bersifat ramah lingkungan.

Helm untuk pengendara kendaraan roda dua merupakan salah satu pelengkap dalam keamanan berkendara. Oleh sebab itu setiap pengendara kendaraan roda dua

(31)

diwajibkan untuk memakai sebuah helm sebagai pelindung kepala. Mengingat fungsi dari helm tersebut maka bahan dari helm harus dapat melindungi kepala dari benturan apabila terjadi kecelakaan pada bagian kepala sehingga kepala pengendara dapat terselamatkan.

Sementara ini bahan untuk pembuat helm pengendara kendaraan roda dua adalah dari bahan sintetis yang hargaya relatif mahal dan tidak ramah lingkungan. Dalam penelitian ini dicoba dipergunakan serat sabut kelapa sebagai penguat pada matrik polyester dalam bentuk komposit yang akan dipergunakan sebagai pengganti bahan sistetis tersebut. Oleh sebab itu perlu adanya suatu penelitian yang simultan untuk mengetahui karakteristik dari serat sabut kelapa sebagai penguat pada sebuah komposit sebelum diaplikasikan di beberapa industri agar penggunaannya dapat dioptimalkan.

TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian yang dilakukan oleh Karnani et. al., 1997 bahwa kekuatan tarik komposit serat alam kenaf-polipropilene (PP) dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) 2% dengan panjang serat 1,58 cm. Kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa MAPP pada prosentase berat (20, 40 dan 60)% adalah 26,9 Mpa, 27,1 Mpa dan 27,4 Mpa. Pada penambahan prosentase berat yang sama, penambahan MAPP mampu meningkatkan kekuatannya menjadi 32,7 Mpa, 41,3 Mpa dan 53,8 Mpa.

Penelitian yang senada dilakukan oleh Rowel et al., 1999 yang meneliti komposit serat alam kenaf yang dipotong sepanjang 1 cm dengan matrik polipropilene (PP) yang dihasilkan bahwa kekuatan dan modulus tarik komposit memiliki lebih tinggi dari pada dengan PP saja. Dan sifat mekanis tersebut dapat ditingkatkan lagi dengan penambahan maleic anhydride grafited polypropylene (MAPP) sebagai coupling agent. MAPP ini berfungsi meningkatkan kompatibilitas dan adhesive antara matrik dengan serat. Pada fraksi berat serat 60 % kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa dan dengan MPP 2% adalah 3,5 Mpa dan 7,5 Mpa.

Dari hasil kedua penelitian diatas menunjukkan bahwa pada komposit kenaf acak panjang dengan matrik unsaturated polyester (UPRs) dengan melakukan penambahan panjang serat akan meningkatkan sifat mekanis dari komposit. Hal ini juga dibenarkan oleh (Gibson, 1994) yang menyatakan bahwa salah satu faktor yang mempengaruhi kekuatan dari komposit adalah jenis serat dan matrik. Pasangan serat dan matrik yang baik akan meningkatkan sifat material tersebut. Disamping itu faktor lain yang berperan serta dalam kekuatan komposit adalah diameter serat, panjang serat, orientasi sudut serat, distribusi serat dan kandungan serat.

Jamasri (2005) melakukan penelitian komposit serat buah sawit acak bermatrik polyester. Limbah serat sawit dicuci dengan air dan dikeringkan secara alami didalam ruangan. Untuk mengetahui kandungan air serat dilakukan dengan pemanasan dalam oven pada suhu 62oC. Serat dengan diamater 1 mm dengan panjang 4-6 cm dipergunakan sebagai penguat pada komposit dengan matrik unsaturated polyester

dengan resin 157 BQTN (UPRs) dan 1% (w/w) hardener metil etil keton peroksid

(MEKPO). Pembuatan komposit dilakukan dengan metode cetak tekan untuk variasi fraksi berat serat (19, 27, 30, 36 dan 42)%. Semua sampel dilakukan post cure pada suhu 62oC selama 4 jam. Sampel uji tarik dibuat dari komposit flat hasil pencetakan, yang dipotong dengan gerinda tangan. Spesimen tersebut dibentuk dengan mangacu pada standard ASTM D 638 (ASTM, 2002) dengan panjang ukur spesimen 50 mm. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa peningkatan kekuatan tarik secara linier untuk penambahan fraksi berat serat. Sedangkan harga modulus dan regangan patah untuk fraksi berat serat sampai 30% tidak memberikan peningkatan yang signifikan dan terjadi peningkatan yang signifikan pada fraksi berat serat diatas 36%.

(32)

Arif (2008) meneliti pengaruh fraksi volume serat kelapa pada komposit matrik poliester terhadap kekuatan tarik, impak dan bending dengan mempersiapkan serat kelapa dengan panjang 1 cm. Serat kelapa dengan panjang 1 cm dicampur dengan matrik polyester dengan variasi farksi volume serat sebesar 5%, 10%, 20% dan 30%. Dari hasil pengujian didapatkan kekuatan mekanik terbaik tensile strength 3,63 kg/mm² pada komposit dengan fraksi volume 30%, modulus elastisitas 40,33 kg/mm² pada fraksi volume 30%, elongation 0,19 pada fraksi volume 5%, flexural strength 3,18 kg/mm² pada fraksi volume 30%, flexural modulus 118,18 kh/mm² pada fraksi volume 30% dan impact strength 2,61J/m² pada komposit dengan fraksi volume 30%.

METODE PENELITIAN

a) Bahan penelitian

• Serat sabut kelapa.

• Unsaturated poliester type 157 BQTN

• Hardener MEKPO dengan kadar 1%.

• Kertas ampelas (ukuran 120, 220, 400, 600, 800 dan 1000)

b) Alat Penelitian

1) Timbangan digital digunakan untuk menentukan fraksi volume serat dan matrik. 2) Mesin uji tarik.

3) Drying Oven untuk mengeringkan specimen.

4) Microskop optik digunakan untuk pengamatan struktur mikro. 5) Micrometer untuk pengukuran pembuatan geometri spesimen.

c) Cara Penelitian

1. Pada awal penelitian dilakukan b. Pembuatan cetakan

c. Pembuatan komposit 2. Pengujian tarik

a. Pembuatan spesimen uji tarik dengan mangacu pada standard ASTM D 638 (ASTM, 2002) dengan panjang ukur spesimen 50 mm

b. Melakukan pengujian tarik 3. Pengamatan struktur mikro

a. Pengamatan permukaan patah akibat beban tarik dengan mikroskop

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kekuatan Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa-Polyester

Sebelum melakukan uji tarik terlebih dahulu dilakukan pembuatan benda uji atau specimen dengan variasi jumlah specimen sebanyak 5 yaitu specimen 1 (27% SSK-73% PE), Spesimen 2 (30% SSK-70% PE), Spesimen 3 (36% SSK-64% PE), Spesimen 4 (42% SSK-58% PE) dan Spesimen 5 (60% SSK-40% PE) seperti terlihat pada Gambar 1.

(33)

Spesimen 5 (60% SSK-40% PE) Gambar 1. Benda uji tarik

Hasil pengujian tarik yang diperoleh menunjukkan bahwa dengan bertambahnya fraksi volume serat akan meningkatkan tegangan tarik komposit serat sabut kelapa-polyester. Ini berarti bahwa tegangan tarik dari serat sabut kelapa (penguat) memiliki harga yang lebih tinggi dari matrik yaitu polyester.

Berdasarkan data hasil pengujian pada Gambar 2 menunjukkan bahwa tegangan tarik dari komposit serat sabut kelapa-polyester naik dengan naiknya fraksi volume serat. Tegangan tarik yang paling optimum dimiliki oleh bahan komposit polyester yang diperkuat serat sabut kelapa dengan fraksi volume 60% yaitu sebesar 14,7 MPa.

TEGANGAN TARIK 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 20 30 40 50 60 FRAKSI VOLUME (%) T E G A N G A N T A R IK ( M P a

Gambar 2. Hasil pengujian tarik

Hal ini menunjukkan bahwa pada fraksi volume tersebut merupakan fraksi volume yang paling efektif untuk meningkatkan kekuatan komposit berpenguat serat sabut kelapa.

Pada komposit dengan serat sabut kelapa dengan fraksi volume yang lebih sedikit cenderung lebih rendah tegangan tariknya karena semakin sedikitnya reinforced

(34)

(penguat) pada komposit tersebut. Sehingga semakin mudah mengalami putus apabila mengalami pembebanan dari pada komposit dengan fraksi volume yang semakin banyak.

Regangan

Regangan bahan komposit poliester berpenguat serat sabut kelapa juga menunjukkan adanya optimum dengan 60% fraksi volume serat yaitu dengan harga sebesar 0,42 %. Gambar 3 menunjukkan bahwa dengan naiknya fraksi volume serat juga akan meningkatkan regangan komposit. Hal ini menunjukkan bahwa serat sabut kelapa memiliki keuletan yang lebih tinggi dari pada matriknya yaitu polyester. Gambar 4 merupakan foto patahan specimen akibat mengalami beban tarik.

REGANGAN 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 20 30 40 50 60 F R A KSI V O LU M E ( %)

Gambar 3. Hasil pengujian regangan

Gambar 4. Foto patahan speseimen akibat beban tarik

Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas komposit semakin meningkat seiring dengan penambahan fraksi volume serat. Peningkatan modulus elastisitas secara signifikan terjadi pada fraksi volume 42 % yaitu sebesar 3,85 GPa. Harga modulus elastisitas ini apabila dibandingkan dengan penelitian yang lain seperti yang dilakukan oleh Rowell at al. (1999) masih relatif lebih rendah.

(35)

MODULUS ELASTISITAS 2.5 3 3.5 4 4.5 20 30 40 50 60 FRAKSI VOLUME (%) M O D U L U S E L A S T IS IT A S (G P a )

Gambar 5. Hasil pengujian modulus elastisitas

KESIMPULAN