Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Sifat-sifat Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik Poliester

Transkripsi

1 JURNAL ILMIAH SEMESTA TEKNIKA Vol. 14, No. 2, , Noveber Pengaruh Fraksi Volue Serat terhadap Siat-siat Tarik Koposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik Poliester (The Eect o Fiber Volue Fraction on Tensile Strength o Unidirectional Sugar Cane Fiber- Reinorced Polyester Matrix Coposites) M. BUDI NUR RAHMAN, BERLI P. KAMIEL ABSTRACT Sugar cane iber has not optially been used as reinorceent o coposite aterial. So ar, bagasse has been used as irewood-substitute, raw aterial or papers, and brake lining. The purpose o this study is to investigate the eect o iber volue raction, V, on tensile strength o unidirectional sugar cane iber/polyester coposites. The aterial being used was sugar cane iber, 268 SHCP BQTN polyester resin and catalyst. Fibers were soaked in alkali (NaOH) 5% or 2 hours in order to reove their ipurities. Coposite panels were ade with a printing press and the volue ractions o the iber were 0%, 10%, 20%, 30% and 40%. Prior to being cut into speciens, the panels were subsequenly post-cured at a teperature o 60 0 C or 4 hours. Tensile testing wa carried out according to the ASTM D638 standard, and racture area photo acrographs o selected saples were analysed in order to ind out the characteristics o racture. It was ound out that increasing the iber volue raction resulted in the decrease o tesile strength and strain, but increase o the odulus o elasticity. The highest average tensile strength and strain was obtained at V = 0% (31.44 MPa and 9,11%), and a tensile odulus o elasticity was at V = 20% o MPa. The observations on the photo acrographs showed that coposite racture predoinantly occured speciens with V = 30%, and single racture cobined with iber pull-out was identiied or those o V = 0%, 10%, 20% and 40%. Keywords: unidirectional sugar cane iber, polyester,, tensile properties PENDAHULUAN Pengaruh perkebangan teknologi yang seakin aju enyebabkan kebutuhan aterial koposit seakin eningkat di bidang industri seperti penerbangan, perkapalan, iliter, alat olah raga, kedokteran otooti bahkan alat ruah tangga. Material koposit dipilih pada bidang tersebut karena eiliki siat ketahanan korosi yang lebih baik, karakteristik yang dapat dikontrol serta berat yang lebih ringan dan biaya produksi yang urah. Koposit adalah suatu bahan hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan diana siat asing-asing bahan berbeda satu saa lainnya, baik siat kiia aupun isiknya dan tetap terpisah dala hasil akhir bahan tersebut. Bahan koposit eiliki banyak keungulan, diantaranya berat jenisnya rendah kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan eiliki biaya perakitan yang lebih urah. Serat secara uu terdiri dari dua jenis, yaitu serat sintetis dan serat ala. Serat sintetis adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik dengan koposisi kiia tertentu. Serat sintetis epunyai beberapa kelebihan, yaitu siat dan ukurannya yang relati seraga, kekuatan serat dapat diupayakan saa sepanjang serat. Serat sintetis yang telah banyak digunakan antara lain serat gelas, serat karbon, Kevlar, nylon, dan lain-lain. Serat ala adalah serat yang dapat langsung diperoleh dari ala, biasanya berupa serat yang dapat langsung diperoleh dari tubuhtubuhan dan binatang. Serat ini telah banyak digunakan oleh anusia antara lain kapas, wol, sutera, pelepah pisang, sabut kelapa, ijuk, babu, nanas, kna dan goni. Serat ala eiliki keleahan, yaitu ukuran serat yang

2 134 M.B.N. Rahan & B. P. Kaiel / Seesta Teknika, Vol. 14, No. 2, , Noveber 2011 tidak seraga, kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh usia (Schwartz, 1984). Salah satu jenis serat ala yang sangat potensial adalah serat tebu. Apas tebu erupakan libah dari proses pengolahan gula yang peanaatannya belu optial. Berdasarkan data dari Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia (P3GI) apas tebu yang dihasilkan sebanyak 32% dari berat tebu giling. Sebanyak 60% dari apas tebu tersebut dianaatkan oleh pabrik gula sebagai bahan bakar, bahan baku untuk kertas, bahan baku industri kanvas re, industri jaur dan lainlain. Sehingga diperkirakan sebanyak 40 % dari apas tebu tersebut belu dianaatkan. Peanaatan serat tebu sebagai bahan penguat aterial koposit belu aksial. Selaa ini apas tebu hanya digunakan sebagai bahan bakar pengganti kayu bakar. Melihat dari potensi tersedianya bahan baku, aka penelitian ini diarahkan untuk eanaatkan serat tebu dari libah apas tebu sebagai serat penguat aterial koposit. Penelitian kekuatan tarik engacu pada standar ASTM D 638 yang dilakukan oleh Hariyanto (2009) tentang pengaruh raksi volue koposit serat kena dan rayon yang disusun secara lurus kontinyu dengan beratrik polyester terhadap kekuatan tarik dan ipak. Kekuatan tarik serat kena/polyester pada V 10% sebesar 22,04 MPa, V 15% sebesar 28,35 MPa dan V 20% sebesar 38,32 MPa nilai tertinggi terletak pada V 20% dan terendah pada V 10%. Untuk kekuatan tarik serat rayon/polyester pada V 10% sebesar 22,81 MPa, V 15% sebesar 51,23 MPa dan V 20% sebesar 50,46 MPa, nilai tertinggi terletak pada V 15% dan terendah padav 10%. Adi (2006) eneliti kekuatan bending serat kena acak dengan resin poliester yang engacu pada standar ASTM D-790. Dengan variabel raksi volue serat 20%, 30%, 40% dan 50% diperoleh kekuatan bending tertinggi pada raksi volue 20% dengan nilai 7,73 MPa. Penelitian tersebut sebanding dengan penelitian yang dilakukan oleh Wicaksono (2006) engenai koposit serat kena acak yang enggunakan standar ASTM D-790 dihasilkan kekuatan tertinggi pada raksi volue 40% dengan nilai 105,38 MPa. Dari beberapa penelitian tersebut dapat diabil kesipulan bahwa seakin besar raksi volue serat aka seakin tinggi pula tegangan tarik, odulus elastisitas dan kekuatan bendingnya. Untuk perlakuan alkali, seakin laa perendaan alkali dapat eningkatkan kekuatan tarik, bending dan odulus elastisitasnya sapai batas tertentu keudian enurun. Akan tetapi seakin laa dilakukan perendaan alkali akan enurunkan regangan bending dan kekuatan tariknya. Pengujian aterial koposit hybrid babu dan serat E-glass beratrik polyester 157 BQTN yang dilakukan Junaedi (2008), diperoleh kekuatan bending rata-rata tertinggi pada raksi volue 30% sebesar 85,899 MPa dan terendah pada raksi volue 50% sebesar 73,649 MPa. Untuk pengujian tarik diperoleh kekuatan tarik rata-rata tertinggi pada raksi volue 50% sebesar 110,294 MPa dan terendah pada raksi volue 30% sebesar 73,52 MPa. Pengujian yang berkaitan dengan pengaruh alkali pada kekuatan tarik dan bending pada raksi volue serat rai beratrik polyester BTQN 157 yang dilaporkan oleh Hartanto (2009), bahwa dengan perlakuan alkali 2,4,6 dan 8 ja pada ketebalan 1 sapai 5. diperoleh hasil optial rata-rata pada v 40% dengan ketebalan 3 dan paling optial pada perlakuan alkali 2 ja, pada pengujian tarik optial pada v 50% ketebalan 5 dan paling optial pada perlakuan alkali 2 ja. Pada pengaatan struktur akro didapatkan jenis patahan broken iber. Pengujian tersebut juga diperkuat oleh hasil pengujian Wahono (2008), bahwa koposit yang engalai perlakuan NaOH selaa 2,4,6 dan 8 ja, koposit dengan perlakuan NaOH pada serat selaa 2 ja yang paling baik. Seakin laa serat direnda dengan NaOH dapat enghilangkan lapisan lignin dan pengotor lainnya, dapat engakibatkan ikatan interace antara serat dan resin seakin kuat akan tetapi dapat engakibatkan serat seakin rapuh karena seakin banyak lignin dan pengotor lainnya yang hilang pada serat, sehingga keapuan untuk enahan beban enurun. Tujuan penelitian ini adalah enyelidiki pengaruh raksi volue serat terhadap kekuatan tarik koposit unidireksional serat tebu/polyester.

3 M.B.N. Rahan & B. P. Kaiel / Seesta Teknika, Vol. 14, No. 2, , Noveber METODE PENELITIAN Persiapan Bahan Bahan yang digunakan adalah serat tebu, resin polyester SHCP 268 BQTN stirine onoer dan katalis MEKPO (etil etil keton peroksida). Serat diabil dengan cara enggiling batang tebu terlebih dahulu selaa lia kali pengilingan keudian direnda dan dicuci dari kotoran dengan air. Serat dianginanginkan sapai kering di tepat teduh. Serat yang telah dibersihkan dari kotoran lalu direnda dala larutan alkali NaOH 5% selaa 2 ja. Perendaan dilakukan untuk enghilangkan lignin yang enepel pada serat. Setelah perendaan selesai, dilakukan netralisasi serat dengan perendaan air selaa 3 hari, keudian serat dikeringkan secara alai. Bahan atrik yang digunakan adalah unsaturated polyester SHCP 268 BQTN stirine onoer yang disuplai oleh PT. Justus Kiia Raya Jakarta.dan katalis MEKPO (etil etil keton peroksida) yang digunakan adalah 1% dari volue poliester. Pebuatan Koposit Panel koposit dibuat dengan etode press ould dengan variasi raksi volue 0%, 10%, 20%, 30% dan 40%. Persaaan untuk engetahui volue koposit enjelaskan bahwa volue koposit adalah perpaduan antara volue serat dan volue atrik yang dapat dilihat pada Persaaan 1. v c v v...(1) Fraksi volue serat sebagai bahan kontrol dala penelitian diperoleh elalui Persaaan 2 dan Persaaan 3. v V 100%... vc (2) W 100%... c (3) dengan: v c = volue koposit (c 3 ), v = volue serat (c 3 ), v = volue atrik (c 3 ), = assa serat kena acak (g), ρ = berat jenis serat kena (g/c 3 ), = assa atrik (g), ρ = berat jenis atrik (g/c 3 ), V raksi volue serat, W raksi berat serat. Pengujian Tarik Koposit Pengujian tarik dilakukan di Laboratoriu Bahan Teknik Jurusan Teknik Mesin dan Industri UGM. Pebuatan specien dan proses pengujian enggunakan dengan standar ASTM D-638. Kekuatan tarik adalah tegangan aksiu yang bisa ditahan struktur pada kondisi tarik. Pada kurva σ-ε setelah titik luluh tegangan terus naik dengan berlanjutnya deorasi plastis sapai titik aksiu dan keudian enurun sapai akhirnya patah. Paraeter-paraeter yang digunakan untuk engabarkan kurva tegangan-regangan aterial yaitu: a. Kekuatan tarik, adalah beban aksiu dibagi luas penapang lintang awal benda uji. Kekuatan ini berguna untuk keperluan spesiikasi dan kontrol kualitas bahan. b. Tegangan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk enghasilkan kecil deorasi plastis yang ditetapkan. Tegangan luluh yang diperoleh dengan etode oset biasanya dipergunakan untuk perancangan dan keperluan spesiikasi. c. Perpanjangan diperoleh dengan cara ebagi perpanjangan panjang ukur dengan panjang awal dan dinyatakan dala persen. Untuk engetahui kekuatan tarik suatu aterial dapat dilakukan pengujian terhadap aterial tersebut. Tegangan tarik terbesar dapat diteria akibat adanya pebebanan luar tanpa engalai deorasi yang besar. Besarnya kekuatan tarik dapat dihitung dengan enggunakan Persaaan 4. P...(4) t l dengan: = tegangan tarik (MPa), t = tebal spesien benda uji (), l = lebar spesien benda uji (), P = beban tarik aksiu (N) Regangan tarik dapat dihitung dengan Persaaan 5.

4 136 M.B.N. Rahan & B. P. Kaiel / Seesta Teknika, Vol. 14, No. 2, , Noveber 2011 L... (5) L dengan: = regangan, L = pertabahan panjang (), L = panjang awal (). Modulus elastisitas adalah siat aterial yang enunjukkan kekakuan aterial saat eneria beban. Besarnya odulus elastisitas dapat dihitung dengan Persaaan 6. E...(6) dengan: E = odulus elastisitas (GPa), = tegangan tarik (MPa), = regangan. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil pengujian serat tunggal enurut ASTM D 3379 diperoleh kekuatan tarik serat tebu sebesar 47,76 MPa, regangan tarik 26% dan odulus elastisitasnya 184,04 MPa. Resin polyester SHCP 268 BQTN eiliki kekuatan tarik 29,4 MPa, perpanjangan 3,2% dan odulus MPa (Singapore Hingpolyer Cheical Products Pte Ltd). Peningatan raksi volue akan enurunkan kandungan resin dala koposit. Hasil pengujian kekuatan tarik dapat dilihat pada Tabel 1 dan Gabar 1. Fraksi Volue TABEL 1. Hasil pengujian kekuatan tarik koposit serat tebu-polyester Kekuatan Tarik Rata-rata (MPa) Standar Deviasi (MPa) Regangan Tarik Rata-Rata Standar Deviasi Modulus Elastisitas Rata-Rata (MPa) Standar Deviasi (a) Pengaruh raksi volue terhadap kekuatan tarik (b) Pengaruh raksi volue terhadap regangan tarik (c) Pengaruh raksi volue terhadap odulus elastisitas GAMBAR 1. Graik hubungan raksi volue serat koposit serat tebu-polyester terhadap kekuatan tarik

5 M.B.N. Rahan & B. P. Kaiel / Seesta Teknika, Vol. 14, No. 2, , Noveber Data hasil pengujian tarik koposit serat tebu enunjukkan nilai kekuatan tarik koposit engalai penurunan dengan peningkatan raksi volue serat koposit (Gabar 1.a). Kekuatan tarik pada raksi volue 0% sebesar 32,19 MPa, pada 10% sebesar 24,94 MPa, pada 20% sebesar 25,86 MPa, pada 30% sebesar 21,27 MPa dan pada 40% sebesar 18,56 MPa. Penurunan ini tidak sesuai dengan rule o ixture dari koposit, dengan kekuatan tarik serat tunggal lebih tinggi dari kekuatan atrik seharusnya kekuatan koposit eningkat dengan bertabahnya raksi volue serat. Gaya yang diteria atrik akan didistribusikan secara erata pada serat penguatnya, naun kenyataannya kekuatan tarik koposit engalai penurunan. Gabar 1.b. enunjukkan regangan tarik koposit engalai penurunan dengan peningkatan raksi volue serat koposit. Nilai regangan tarik pada raksi volue 0% sebesar 9,11%, pada V 10% sebesar 6,79%, pada V 20% sebesar 6,76%, pada V 30% sebesar 5,39% dan pada V 40% sebesar 4,31%. Besarnya regangan tarik enunjukkan keapuan benda untuk berubah bentuk. Penurunan regangan tarik disebabkan kuatnya ikatan antara atrik dengan serat penguat. Seakin kuat ikatannya, regangan yang terjadi akan seakin kecil endekati regangan tarik resin yang lebih kecil dari regangan serat tebu. Gabar 1.c. enunjukkan odulus elastisitas akan eningkat dengan peningkatan raksi volue serat. Nilai odulus elastis pada raksi volue 0% sebesar 356,60 MPa, pada V 10% sebesar 374,92 MPa, pada V 20% sebesar 386,35 MPa, pada V 30% sebesar 402,04 MPa dan pada V 40% sebesar 385,60 MPa. Penurunan regangan tarik koposit enunjukkan koposit seakin kaku. Peningkatan odulus elastisitas akibat penurunan regangan tarik lebih besar dari penurunan kekuatan tarik. Penurunan kekuatan tarik dan regangan tarik disebabkan oleh berbagai hal, diantaranya: proses pengabilan serat, perlakuan alkali untuk pebersihan serat. Proses pengabilan serat yang dilakukan dengan penggilingan yang berulang-ulang untuk peerasan kandungan gula dan penghancuran pohon tebu. Perlakuan ekanik ini dapat erusak serat sehingga kekuatannya akan berkurang. Perlakuan alkali bertujuan untuk ebersihkan serat dari lapisan lignin yang ebungkus serat atau kotoran enepel pada serat sehingga ikatan antara atrik dan serat lebih kuat. Jika terlalu laa atau konsentrasi larutan terlalu tinggi akan erusak sel-sel serat utaanya sehingga serat enjadi rapuh dan kekuatannya akan berkurang. Hasil pengujian tarik diperkuat dengan pengaatan patahan yang dapat dilihat seperti pada Gabar 2. Pada aterial koposit serat tebu/polyester untuk V 0% terjadi patah tunggal, pada V 10 % dan V 20% terjadi patah tunggal dan engalai iber pullout, yang terjadi pada V 30% patah banyak dengan engalai debonding dan iber pullout, sedangkan pada V 40% engalai patah tunggal dan juga engalai debonding. iber pullout iber pullout 0% 10% 20% debonding patah banyak debonding 30% 40% GAMBAR 2. Penapang patahan hasil pengujian tarik.

6 138 M.B.N. Rahan & B. P. Kaiel / Seesta Teknika, Vol. 14, No. 2, , Noveber 2011 KESIMPULAN Hasil pengujian tarik koposit serat tebu unidireksional/poliester enunjukkan bahwa dengan bertabahnya raksi volue engakibatkan penurunan kekuatan tarik dan regangan tarik naun eningkatkan odulus elastisitasnya. Kekuatan tarik tertinggi pada V = 0% sebesar 32,19 MPa dan terendah pada V = 40% sebesar 18,58 MPa dan. Regangan tarik engalai penurunan dengan nilai tertinggi pada V = 0% sebesar 9,11% dan terendah pada V = 40% sebesar 4,31%. Modulus elastisitas engalai kenaikan dengan harga terendah pada V = 0% yaitu 356,60 MPa dan tertinggi pada V = 40% sebesar 485,60 MPa. Hasil pengaatan patahan enunjukkan patah tunggal pada raksi voluen 0%, 10%, 20% dan 40%, sedangkan pada raksi volue 30% terjadi patah banyak. UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti engucapkan teria kasih kepada kepada Muhaad Abrar, ST yang telah ebantu pelaksanaan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Universitas Muhaadiyah Surakarta, Surakarta. Singapore Hingpolyer Cheical Products Pte Ltd / htl_iles/ datasheets/ SHCPs268.pd pada tanggal 1 Maret Schwartz, M.M. (1984). Coposite Material Handbook, Singapura: Mc Graw-Hill. Wahono, B. (2008). Pengaruh Perlakuan Alkali (NaOH) terhadap Karakteristik Koposit Serat Buah Kelapa Sawit/Poliester, Berita Teknologi Bahan dan Barang Teknik No.22/2008. Wicaksono, A. (2006). Karakterisasi Kekuatan Bending Koposit Berpenguat Kobinasi Serat Kena Acak dan Anya, Tugas Akhir Teknik Mesin Universitas Searang. PENULIS: M. Budi Nur Rahan, Berli P. Kaiel Progra Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhaadiyah Yogyakarta, Jalan Lingkar Selatan, Bantul 55183, Yogyakarta. Eail: nurrahan_uy@yahoo.co.id Adi, G.T. (2006). Pengaruh Fraksi Volue Serat terhadap kekuatan Bening Koposit Kena Acak/polyester, Tugas Akhir Teknik Mesin Universitas Muhaadiyah Yogyakarta. Anoni (1998). Annual Book ASTM Standard, USA. Hariyanto, A. (2009). Pengaruh raksi volue Koposit Serat Kena dan Serat Rayon Beratrik Ploiester terhadap Kekuatan Tarik dan Ipak, Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhaadiyah Surakarta. Hartanto, L. (2009). Study Perlakukan Alkali dan Fraksi Volue Serat Terhadap Kekuatan Bending, Tarik, dan Ipak Koposit Berpenguat Serat Rai- Polyester BQTN-157, Tugas Akhir, Universitas Muhaadiyah Surakarta, Surakarta. Junaedi, F. (2008). Pengaruh raksi volue terhadap kekuatan tarik dan bending koposit serat hybrid babu dan serat E-glass/polyester, Tugas Akhir,