Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Yogyakarta, 26 November 2016
ISSN : 1979 – 911X eISSN : 2541 – 528X
KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT SERAT CANTULA (Agave cantula roxb) SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN PENGUAT TERHADAPPARTISI RUMAH Lidi Wilaha1* 1
Program Studi Teknik Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Surakarta (UNSA) Jl. Raya Palur Km. 5, Surakarta - 57772 * E-mail:
[email protected]
INTISARI Penggunaan serat alam sebagai bahan baku produk papan partikel, masih membutuhkan berbagai penelitian untuk mendapatkan sifat produk yang memenuhi standar. Kajian pemanfaatan serat Cantula dengan matrik unsaturated polyester yukalac 157 BQTN-EX sebagai rancangan pembuatan komposit partisi (dinding sekat) rumahan sangat berpotensi diteliti secara professional dan menjadi penting untuk segera dilakukan. Penelitian ini bertujuan menyelidiki potensi pemanfaatan serat cantula (Agave cantula roxb) sebagai alternative bahan penguat komposit terhadap partisi rumah. Serat Cantula yang sudah bersih kemudian direndam dengan larutan NaOH 10% selama 4 jam, lalu dicuci kembali dan dikeringkan secara alami di dalam ruangan tanpa sinar matahari langsung selama 3 hari hingga kadar air berkisar 8-10%. Spesimen komposit dibuat dengan metoda kombinasi hand lay up dan press mold dengan fraksi volume 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%. Matrik dan hardener yang dipakai adalah poliester yukalac tipe 157 BQTN-EX dan MEXPO sedang cetakan yang digunakan adalah cetakan baja. Pengujian memakai alat uji impak izot, spesimen uji dibuat menurut ASTM D-5941, foto mikro dan SEM digunakan untuk analisis penampang patahan. Hasil penelitian menunjukkan secara keseluruhan akibat fraksi volume serat komposit Cantula-poliester terhadap karakteristik mekanik mengalami peningkatan ketangguhan impak rata-rata berturut-turut fraksi volume 10%, 20%, 30%,40% sebesar 6831.5J/m2, 7464.5J/m2, 8549J/m2 dan 10151.5 J/m2 tetapi pada fraksi volume serat 50% mulai terjadi penurunan nilai yaitu sebesar 9515J/m2. Meningkatnya energi serap tersebut diakibatkan penambahan serat sehingga komposit akan mampu meningkatkan sifat ketangguhan impaknya atau sebaliknya terjadinya debonding (serat semakin dominan), sehingga kegagalan terjadi pada tegangan rendah. Perilaku patahan uji impak pada komposit Vf 10%, 20%, 30% kegagalan cenderung dikarenakan akibat kegagalan matrik terlebih dahulu, tetapi pada Vf 40% menunjukkan adanya penguatan dari serat yaitu ditandai dengan patahnya serat dan matrik cenderung bersamaan. Sedang pada Vf 50% kegagalan dominan akibat komposisi matrik yang kurang sehingga penguatan seakan hanya berasal dari serat, jika dilihat dari penampang patahan menunjukkan fenomena yang semakin banyaknya fiber pull out. Kata kunci :komposit cantula-poliester, impak, partisi
1. PENDAHULUAN Perkembangan material komposit dibidang rekayasa sangat pesat, seiring hasil riset komposit yang mampubersaing dengan produk-produk berbahan logam atau produk lain. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan), murah dan proses pembuatannya mudah (Gay, dkk, 2003). Material komposit berpenguat serat alam merupakan salah satu material yang ramah lingkungan dibanding dengan material sintetis. Di samping ramah lingkungan komposit berpenguat serat alam mempunyai berbagai keunggulan (Raharjo, dkk, 2002) diantaranya yaitu harga murah, mampu meredam suara, mempunyai densitas rendah, jumlahnya melimpah dan kemampuan mekanik tinggi. Penelitian Raharjo (2002) menyatakan serat Agave cantula Roxb adalah salah satu jenis serat alam yang mempunyai kemampuan mekanik yang tinggi. Material ini termasuk material yang kuat, ringan, tahan lama, murah serta ramah lingkungan. Dari hasil penelitian Badan Penelitian dan Pengembangan Industri Departemen Perindustrian Yogyakarta, mempunyai kandungan selulose sekitar64,3%, sehingga serat ini berpotensi sebagai bahan penguat komposit. Namun menurut
165
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Yogyakarta, 26 November 2016
ISSN : 1979 – 911X eISSN : 2541 – 528X
Raharjo (2003) penambahan kadar air akan menyebabkan penurunan kekuatan impak dan modulus impak cantula. Ariawan dkk, (2006) menyatakan perlakuan pemanasan terhadap serat cantula, menghasilkan kekuatan impak tertinggi. Produk papan partikel dari serat Abaka dan Sisal masih memiliki kelemahan, yaitu sifat pengembangan tebal yang masih tinggi (Syamani etal. 2006). Matrik perekat yang biasa digunakan dalam rekayasa panel komposit adalah bahan polimer termosetting. Pemilihan matrik unsaturated polyester yukalac 157 BQTN-EX banyak digunakan untuk aplikasi komposit pada dunia industri dengan pertimbangan harga relatif murah Rp 35.000,/Kg, waktu curing cepat hanya 6 jam, warna jernih, kestabilan dimensional baik dan mudah penanganannya. Dari pemaparan tersebut di atas, maka dapat dikatakan bahwa kajian pemanfaatan serat Cantula dengan matrik unsaturated polyester yukalac 157 BQTN-EX sebagai rancangan pembuatan komposit partisi (dinding sekat) rumahan sangat berpotensi diteliti secara professional dan menjadi penting untuk segera dilakukan. Variabel penting dalam penelitian ini berupa treatment serat Cantula dengan perendaman NaOH 10% selama 4 jam dan fraksi volume 10%, 20%, 30%, 40% dan 50% serat pada komposit terhadap ketangguhan impak komposit serta interaksi kekuatan ikatan serat Cantula-poliester pada foto makro/mikro penampang patahan partisi komposit. 2. METODOLOGI 2.1 Survey Data Penelitian Sebelumnya Penggunaan bahan komposit serat sangat efisien dalam menerima beban dan gaya. Serat cantula itu bahan komposit serat sangat kuat dan kaku apabila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah jika dibebani dalam arah tegak lurus serat (Hadi, 2000). Komposit serat pendek dengan orientasi yang benar akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar, apabila dibandingkan continous fiber. Faktor yang mempengaruhi variasi panjang serat chopped fiber composites adalah critical length (panjang kritis). Panjang kritis yaitu panjang minimum serat pada suatu diameter serat yang dibutuhkan terhadap tegangan, untuk mencapai tegangan saat patah yang tinggi (Schwartz, 1992). Komposit Polyester 157 BQTN-serat rami dengan diberi perlakuan NaOH 5% selama 2 jam, memiliki kekuatan impak komposit menjadi lebih tinggi. Namun serat yang dikenai perlakuan alkali terlalu lama, dapat menyebabkan mengalami degradasi kekuatan yang signifikan yaitu memiliki kekuatan yang lebih rendah (Diharjo K., 2006). Komposit serat cantula dengan matrikresin BQTN EX menghasilkan kekuatan bending tertinggi (Ariawan D., 2003). Pengujian bending, komposit yang dengan mat yang lebih tipis akan menghasilkan sifat lenturnya semakin tinggi. Selain alasan tersebut, jumlah fraksi volume serat pada mat yang lebih tipis juga semakin kecil (Yanuar dan Diharjo, 2003). Pada komposit kenaf-PP, pada fraksi berat serat 60% (atau fraksi volume serat sekitar 49%), kekuatan komposit mencapai 74 Mpa. Harga modulus impak dan modulus flexural komposit kenafPP-MAPP dengan Wf = 50% memiliki harga yang sama atau lebih besar daripada komposit serat gelas-PP-MAPP dengan Wf=40% (Sanadi, 1995). Penelitian Pramono dkk (2007) pada komposit dari serat gelas orientasi serat 0/90, 45/-45, dan 30/60 matrik UP Yukalac type 157 BQTN-EX fraksi volume 40% memberikan hasil bahwa kekuatan impak tertinggi dan pada pengujian lentur komposit menunjukkan bahwa kekuatan tertinggi terjadi pada perlakuan 4 jam. Pada penelitian Purboputro (2006), komposit yang diperkuat serat enceng gondok dengan variasi panjang 25 mm, 50 mm dan 100 mm dengan fraksi volume 80% matrik polyester dan 20% serat enceng gondok. Dari hasil pengujian didapat harga impak tertinggi dimiliki oleh komposit dengan panjang serat 50 mm yaitu 0,002344 J/mm2. Penelitian yang dilakukan oleh Pramono dkk (2007) pada material komposit berpenguat serat enceng gondok acak dengan perendaman NaOH 10% lama perendaman 2 jam dan variasi fraksi volume (10%, 20%, 30%, 40% dan 50%) diperoleh kekuatan impak tertinggi pada komposit enceng gondok fraksi volume 50% sebesar 0,0059 N/mm2 dan energi serap yang terjadi sebesar sebesar 1,17 J.
166
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Yogyakarta, 26 November 2016
ISSN : 1979 – 911X eISSN : 2541 – 528X
2.2 Bahan dan Alat Penelitian Bahan yang dipakai adalah serat cantula, polyester tipe 157 BTQN, mexpo, realeaser mirror glase wax/FRP Wax dan fluida uji (NaOH 10%). Peralatan yang digunakan gergaji, ampelas, cetakan. timbangan digital, alat bantu uji, camera digital dan alat uji impak izot. 2.3 Pembuatan specimen uji Serat yang sudah kering, dibuat menjadi bentuk mat serat cantula acak. Pembuatan mat dilakukan dengan mengaduk serat di dalam bak air secara merata hingga homogen yang dibawahnya sudah diletakkan strimin. Density mat serat acak tersebut dirancang berdasarkan rancangan fraksi volume serat yaitu 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%. 2.4 PengukuranDensitas Pengukuran densitas digunakan untuk memprediksikan sifat mekanik komposit, serta mengecek spesimen sesuai dengan standar deviasi, dengan mengacu pada ASTM D1037. 2.5 Pengujian ketangguhan Impak Spesimen komposit dibuat dengan metoda kombinasi hand lay up dan press mold dengan fraksi volume10%, 20%, 30%, 40% dan 50%. Matrik dan hardener yang dipakai adalah poliester yukalac tipe 157 BQTN-EX dan MEXPO dari PT Justus Kimia Raya Semarang. Pengujian memakai alat uji impak izot, spesimen uji dibuat menurut ASTM D-5941, foto mikro dan SEM digunakan untuk analisis penampang patahan. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Pengukuran Densitas Komposit Cantula-poliester Hasil pengukuran densitas komposit Cantula-poliester terhadap variasi fraksi volume dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Densitas komposit Cantula-poliester
Hasil pengukuran densitas akibat variasi fraksi volume 10% hingga 50% menunjukkan bahwa komposit Cantula-poliester terjadi penurunan nilai yang signifikan. Nilai rata-rata densitas komposit Cantula-poliester tertinggi terjadi pada fraksi volume 10% sebesar 396,75 kg/m³ dan densitas terendah pada fraksi volume serat 50% sebesar 282,65 kg/m³. Hal ini menunjukkan meningkatnya jumlah serat berpotensi mengurangi kerapatan komposit atau sebaran matrik semakin sedikit (jumlah serat cantula lebih dominan) sehingga densitas komposit juga semakin rendah atau komposit akan lebih ringan. 3.2 Ketangguhan Impak Komposit Cantula-poliester Pada Tabel 3.2. di bawah menunjukkan karakteristik ketangguhan impak komposit serat Cantula-poliester dengan perlakuan perendaman larutanNaOH 10% selama 4 jam dan fraksi volume 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%.
167
ISSN : 1979 – 911X eISSN : 2541 – 528X
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Yogyakarta, 26 November 2016
Tabel 3.2. Ketangguhan impak
Data hasil uji impak menunjukkan ketangguhan impak komposit rata-rata berturut-turut fraksi volume10%, 20%, 30%, 40%, dan 50% sebesar 6831.5J/m2, 7464.5J/m2, 8549J/m2, 10151.5 J/m2 dan 9515J/m2. Dari data ketangguhan impak tersebut menunjukkan bahwa nilai ketangguhan impak semakin meningkat dari fraksi volume 10% dan paling tinggi 40%, tetapi pada fraksi volume 50% nilai ketangguhan impak menurun.
Ketangguhan Impak(J/m2)
RataRata; 10%; 6831,5
Rata- Rata- RataRata; Rata; Rata; 20%; 30%; 40%; 7464,5 8549 10151,5
RataRata; 50%; 9515
Fraksi Volume % Gambar 3.1 Grafik ketangguhan impak Meningkatnya energi serap tersebut sesuai dengan hukum ROM merupakan akibat penambahan serat sehingga komposit akan mampu meningkatkan sifat ketangguhan impaknya. Namun, setelah melampaui nilai optimal akan cenderung kembali menurun, hal ini dikarenakan ikatan antara matrik dengan serat semakin rendah, sehingga menurunkan energi serap dari impak tesebut. Ketangguhan impak yang paling optimum pada komposit Cantula-poliester diketahui pada fraksi volume serat 40%. Grafik ketangguhan impak komposit Cantula-poliester terhadap variasi fraksi volume dapat dilihat pada Gambar 3.1. 3.3 Penampang Patahan Hasil Pengujian Impak Gambar berikut adalah penampang patahan komposit akibat uji impak dengan Vf= 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%.
Gambar 3.2 Penampang patahan komposit akibat uji impak
168
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Yogyakarta, 26 November 2016
ISSN : 1979 – 911X eISSN : 2541 – 528X
Gambar 3.3 Fotomakro penampang patahankomposit akibat uji impak Dari penampang patahan uji impak pada komposit Vf 10%, 20%, 30% kegagalan cenderung dikarenakan akibat kegagalan matrik terlebih dahulu, namun padaVf 40% kegagalan menunjukkan adanya penguatan dari serat yaitu ditandai dengan patahnya serat dan matrik yang cenderung bersamaan. Sedangkan pada Vf 50% kegagalan dominan akibat komposisi matrik yang kurang sehingga penguatan seakan hanya berasal dari serat, jika dilihat dari penampang patahan menunjukkan fenomena yang semakin banyaknya fiber pull out. Perilaku patahan yang bersamaan antara matrik dan serat padaVf 40% mengindikasikan bahwa serat dan matrik memiliki interaksi ikatan yang kuat. 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa data, maka dapat disimpulkan sementara sebagai berikut : a. Meningkatnya energi serap komposit Cantula-poliester merupakan akibat penambahan serat sehingga komposit akan mampu meningkatkan sifat ketangguhan impak. b. Ketangguhan impak optimal terjadi pada fraksi volume serat 40%. c. Perilaku patahan yang bersamaan padaVf 40% antara matrik-serat mengindikasikan bahwa serat dan matrik memiliki interaksi ikatan yang kuat. Sehingga memungkinkan dipakai sebagai bahan partisi rumah. Saran Penelitian dapat dilakukan dengan menambahkan variasi panjang serat atau variasi perlakuan thermal pada serat cantula. DAFTAR PUSTAKA Ariawan, D., 2003, Pengaruh Modifikasi Serat Terhadap Karakteristik Komposit UPRs-Cantula, Jurnal Teknik Mesin Poros, Universitas Sebelas Maret, Vol. 9, No.3, hal. 200-206. Diharjo, K., 2006, Kajian Pengaruh Teknik Pembuatan Lubang terhadap Kekuatan Impak Komposit Hibrid Serat Gelas dan Serat Karung Plastik, TEKNOIN, Vol. 11, No.1, hal. 55-64. Gay, 2003, Composite Material, Desaign and Applications, Boca Raton: CRC Press. Gibson, O. F., 1994. “Principle of Composite Materials Mechanics”, McGraw-Hill Inc., New York, USA. Hadi, K.B., 2000, Mekanika Struktur Komposit, Direktorat Pembinaan Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, hal. 29-30. Maloney, T.M., 1993, Modern Particleboard and Dry Process Fiberboard Manufactoring. Miller Freeman Inc, New York, p.43.
169
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Yogyakarta, 26 November 2016
ISSN : 1979 – 911X eISSN : 2541 – 528X
Pramono C., Kusuma D. dan , Sudrajat A., 2007.”Kajian Optimasi Kekuatan Bending dan Impak Panel Komposit Sandwich GFRP Dengan Core Limbah Kayu Sengon Laut Untuk Panel Struktur Car Body Otomotif”. PKMP DIKTI , Jakarta. Purboputro I.P., 2006 “Pengaruh Panjang Serat Terhadap Kekuatan Impak Komposit Enceng Gondok Dengan Matriks Poliester” Teknik Mesin FT.UMS, Surakarta Raharjo, W.W., 2002, Pengaruh Waktu Perendaman Pada Sifat mekanik Komposit Unsaturated Polyester yang Diperkuat Serat Cantula, Simposium Nasional I RAPI, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Ray D., Sarkar B.K., Rana A.K., dan Bose N.R., 2001. “Effect of Alkali Treated Jute Fibres on Composites Properties”, Bulletin of Materials Science, Vol. 24, No. 2, pp. 129-135, Indian Academy of science. Sanadi A.r., Prasad S.V. dan Rohatgi P.K., 1986. “ Sunhemp Fibre-Reinforced Polyester”, Journal of Materials Science 21, pp. 4299-4304, UK. Schwartz, 1992, Composite Materials Handbook, New York: McGraw Hill Inc. Shackelford, 1992, Introduction to Materials Science for Engineer, Third Edition, macMillan Publishing Company, New York, USA Syamani, F.A., Prasetiyo K.W., Budiman I., Subyakto, dan Subiyanto B., 2008, Sifat Fisis Mekanis Papan Partikel dari Serat Sisal atau Serat Abaka setelah Perlakuan Uap, IPB, Bogor, Jurnal Tropical Wood Science and Technology Vol.6, No.2 , hal. 56-62. Yanuar D., dan Diharjo K., (2003). “ Karakteristik Mekanis Komposit Sandwich Serat Gelas Serat Chopped Strand Mat Dengan Penambahan Lapisan Gel Coat”, Skripsi, Teknik Mesin FT UNS, Surakarta
170
