Pengaruh Persentase Alkali pada Serat Pangkal Pelepah Daun Pinang (Areca Catechu) terhadap Sifat Mekanis Komposit Polimer

Transkripsi

1 Pengaruh Persentase Alkali pada Serat Pangkal Pelepah Daun Pinang (Areca Catechu) terhadap Siat Mekanis Koposit Polier Agustinus Deka Betan, RudySoenoko, Achad As ad Sonie Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang Jl. MT Haryono 167 Malang Phone: , Fax: E-ail: Abstract The counity o NTT has used betel tree (Areca Catechu), especially or its base o betel lea, as a burning aterial or cooking, as a rope to tie the house roo ade ro baboo, and as a device to peel traditional candlenut. Econoic value o betel is not high, thereore, the iber o betel tree as a aterial to epower the polyer atrix coposite was need to be optiized. Betel iber-based coposite is expected to be used as the substitute o concrete brick, red brick, triplex, and cloth hanger because o the avorable echanical characteristics such as strong, light, environental riendly, resistant to bending, resistant to water, resistant to heat, and econoic. Natural iber-based coposite, especially which is ade ro betel iber, has low strength so that cheical treatent is needed. NaOH (alkali) was coonly used as cheical. In this study NaOH is given at dierent percentage or each iber. The selected percentages in this experient are 4%, 5% and 6% NaOH. Result o experient shows that the highest tensile strength o iber is ound at 5 % NaOH which rates or 195 MPa. Keywords: Areca Catechu, Alkali Percentages, Mechanical Properties PENDAHULUAN Pohon pinang (Areca Catechu) dikenal sebagai tanaan serba guna eiliki anaat di berbagai bidang kehidupan diantarannya kesehatan, transportasi, bangunan, kerajinan, pangan, budaya, industri kecil aupun besar. Produk unggulan tanaan ini berupa biji pinang kering yang erupakan salah satu kooditas ekspor ke India, Pakistan, Bangladesh dala bentuk biji pinang belah kering atau utuh encapai ton dengan nilai jual US$ 106,33 juta. Peanaatan bagian pohon pinang di daerah Jawa Barat (Sunda) bervariasi seperti batang untuk pebatas saluran air, jebatan; pelepah daun sebagai pebungkus akanan, bahan pencapur pebuatan topi; buah dan daun untuk obat - obatan tradisional1.di daerah NTT (Tior) khususnya buah pinang biasanya diakan (diaa), dipadukan dengan sirih yang lazi disebut aah sirih-pinang. Kebiasaan ini sudah ebudaya dala kehidupan asyarakat Tior seperti ebersihkan ulut dan gigi di pagi hari, eneria tau, kerja ataupun istirahat kerja serta dala suasana upacara adat2.naun pengolahan bagian pinang seperti pangkal pelepah daun dan batang, asih sebatas sebagai sapah organik aupun pengganti inyak tanah untuk kebutuhan easak.berdasarkan hasil pengaatan, ada sebagian kecil asyarakat kepulauan Flores engoptialkan pangkal pelepah daun sebagai alat tradisional untuk engupas keiri serta dijadikan tali dengan cara dipintal guna engikat tiang dan atap bangunan ruah yang terbuat dari babu. Peilihan serat pinang sebagai bahan penguat koposit didasarkan pada adanya ketersediaan bahan baku serat pinang di NTT, diana dari beberapa kabupaten dan kota dengan luas arealnya encapai ha.di saping itu beberapa dasawarsa terakhir penggunaan serat ala lebih diinati karena eiliki keunggulan diantarannya densitas rendah, terbarukan, biaya produksi rendah, siat ekanik dan spesiik yang baik serta berlipah. Penggunaan serat ala juga dipicu oleh peanaatan libah (waste) tanaan uur panjang seperti pinang, lontar, gebang, 119

2 kelapa, aren tanpa eotong pohonnya sehingga dapat engurangi eek peanasan global (global woring). Beberapa penelitian sebelunya berkaitan dengan serat ala diantaranya Maryanti elakukan eksperien engenai perbandingan alkalisasi 5% selaa 60 enit enunjukan kekuatan tarik terbaik. Naun terjadi penurunan kekuatan tarik pada alkalisasi 8% disebabkan kehilangan beberapa unsur penting seperti heiselulosa, lignin dan selulosa. Kekuatan tarik terendah terjadi pada 0% alkalisasi disebabkan adanya lapisan di perukaan serat berupa kotoran seperti lilin sehingga terjadi ikatan yang tidak sepurna antara resin dan serat [3]. Reddy dari hasil penelitian enyipulkan bahwa perlakuan serat 5% NaOH untuk koposit hibrid dengan iller Bn, Sc enunjukan kekuatan tarik, ipak dan bending eningkat pada variasi 3% sapai 10%. Peningkatan siat ekanis diakibatkan adanya ikatan adesive yang sepurna antara iller dan atriks sehingga tegangan yang ditrasnverkan ke dala atrik apu ditahan dengan baik. Naun terjadi penurunan pada 20% dan 30% yang diakibatkan kurangnya transver tegangan dari atrikke kedua iller yang eiliki koposisi iller lebih banyak [4]. Mehar eneliti kekuatan tarik koposit dengan 10% NaOH, orientasi serat 90 yang terbaik padaupset tie 8 ja karena beberapa unsur heiselulosa, lignin hilang sehingga kekasaran perukaan eningkat dan ikatan enjadi sepurna. Pada upset tie 16 dan 24 ja kurang adanya peningkatan disebabkan banyak unsur heiselulosa, lignin yang hilang. Untuk kekuatan bending denganorientasi serat 45, 90eningkat secara signiikan dari 8 sapai 24 ja. Sedangkan kekuatan ipak untuk kedua orientasi serat engalai penurunan [5]. Penelitian lebih diokuskan pada penggunaan persentase alkali dan upset tie perlakuan serat karena secara kodrati serat ala eiliki banyak kekurangan seperti kekuatan rendah pada beban kejut, udah enyerap air, tidak tahan suhu tinggi, kualitas bervariasi tergantung kondisi tanah, uur, usi dan lingkungan. Dengan adanya perbaikan siat ekanis serat pinang secara kiiawi diharapkan dapat diaplikasikan sebagai penguat aterial baru untuk enggantikan tripleks, batako aupun gantungan pakaian. KAJIAN PUSTAKA Koposit diartikan sebagai suatu aterial yang eiliki dua atau lebih bahan berbeda secara bersaa-saa dibentuk untuk enghasilkan siat siat yang lebih unggul dari siat yang diiliki oleh bahan bahan penyusunnya sendiri. Koposit yang lazi eliputi bahan atriks resin polier dengan bahan penguat serat yang tersebar di dalanya (Gabar 1) [6]. Gabar 1. Bahan Penyusun Koposit Polier erupakan bahan resin yang biasa digunakan sebagaiatrik koposit dan epunyai beberapa jenis diantarannya teroset dan teroplastik. Resin teroset yang biasa digunakan dala dunia industri adalah epoxy, polyester, vinylester, phenolics. Resin teroplastik yaitu polietilena, polipropilena, polikarbonat, polistirena, polivinilklorida dsbnya. Dala eksperien ini enggunakan resin epoxy sebagai atrik dengan siat-siat yang diiliki sebagai berikut: 1. Tidak udah eleleh pada suhu C 2. Meiliki siat adhesi (wetting agent) yang baik untuk sejulah bahan seperti halya serat pinang (gabar 2). Wetting agent erupakan keapuan resin untuk ebasahi serat (penguat) yang terjadi akibat adanya interaksi antarolekul dari kedua aterial tersebut, sehingga secara bersaa-saa terjadi kontak antara asa cair (liquid) dan perukaan asa padat (solid). 120

3 ada kehadiran gas pada perukaan serat (Gabar 5). Gabar 2. Siat Wetting Agent Epoxy pada Serat Pinang Apabila kontak yang terjadi antara resin dan serat enghasilkan besar sudut 90 aka karakteristik perukaan serat tidak apu dibasahi oleh resin (not wetable) dan sebaliknya sudut kontak yang dibentuk 90C berarti resin epunyai siat apu ebasahi serat dengan baik sehingga terjadi ikatan interklocking yang sepurna (Gabar 3) [7]. Gabar 5.Electrostatic Bonding. 3. Cheical Bondingterjadi akibat adanya energiyang lebih bersiat kiia. Besarnya ikatan ini diperoleh dari sekupulan ikatan kiia yang bekerja pada luas penapang serat sesuai jenis ikatan kiia yang ada pada serat aupun resin (Gabar 6). Gabar 3. Gaya pada Wetting Agent Gabar 6.Cheical Bonding Beberapa jenis ikatan yang dapat terjadi pada interace bondingsebagai berikut8 : 1. Mechanical Bonding erupakan ekanise ikatan yang saling engunci terjadi pada dua perukaan yaitu resin dan serat yang kasar naun beban harus paralel terhadap interace (Gabar 4). Gabar 7. Metode Manuaktur Koposit Gabar 4. Mechanical Bonding 2. Electrostatic Bonding terjadi akibat adanya gaya tarik antara dua perukaan yang berbeda uatan listrik pada skala atoik. Naun ikatan ini akan sepurna bila tidak Proses anuaktur koposit polier ada beberapa aca seperti cetakan terbuka, tertutup dan berdasarkan penggunaan resin aupun susunan serat. Koposit yang akan dianuaktur enggunakan resin polier jenis teroset yaitu epoxy dengan susunan serat panjang (continuous iber) dan serat pendek (short iber). Koposit yang akan dianuaktur 121

4 enggunakan resin polier jenis teroset yaitu epoxy dengan susunan panjang di dalanya (continuous iber) aupun serat pendek (short iber) (gabar 7). Material yang digunakan sebagai pebentukan koposit terdiri dari resin epoxy (atriks) dan serat (penguat). Dala koposit atriks berungsi: 1. Pengikat serat dan bertindak sebagai edia peneria beban awal, 2. Mentransisikan dan endistribusikan tegangan ke dala serat, 3. Melindungi siat isik serat dari kerusakan perukaan akibat abrasi ekanik, reaksi kiia dari lingkungan, 4. Meisahkan serat berdasarkan kelebutan relati dan plastisitas sehingga apu encegah perabatan retak. Sedangkan aterial penguat (serat) eberikan peran sebagai: 1. Pebawa beban (load transver) yang lebih doinan 70% - 90%, 2. Serat enunjukkan siat kekakuan, kekuatan, stabilitas panas, 3. Meberikan insulasi kelistrikan (konduktiitas) pada koposit tetapi tergantung serat yang digunakan. 9 Untuk eningkatkan ikatan antara serat dan atriks perlu perbaikan struktur perukaan serat. Perlakuan alkalidengan persentase dan waktu tertentu akan eberikan perubahan koposisikiia serat seperti heiselulosa, selulosa, lignin.peningkatan dan penurunan koposisi kiiatersebutakan sangat berpengaruh padakualitas serat (kekasaran perukaan) aupun siat ekanis koposit. Proses kiia yang terjadi selaa perendaan serat ke dala larutan alkali sebagai berikut : Sebelu eanuaktur koposit perlu ditentukan karakteristik serat aupun resin. Karakteristik tersebut berkaitan dengan volue koposit (vc), volue serat (v), volue atrik (v) dan density (). Forula yang digunakan sebagai berikut : Volue koposit (Vc) V c p.l.t (1) Volue raksi serat (v) V v (2) Vc Volue raksi atrik (v) V v (3) Vc Densityserat () (4) v Density atrik () (5) v Paraeter yang diinginkan dala pengujian koposit polier, berkaitan dengan siat ekanis yaitu kekuatan tarik.untuk engetahui karakteristik kekuatan tarikkoposit polier sbb: 1. Pengujian tarik erupakan pengujian bersiat ekanis untuk engetahui tegangan, regangan, odulus elatisitas bahan dengan cara spesien ditarik sapai putus (Gabar 8). Gabar 8. Spesien Uji Tarik Menurut ASTMD Kekuatan tarik () F σ A = Tegangan tarik (MPa) F = Beban (N) A = Luas penapang () (6) 122

5 Besarnya regangan () ΔL ε L 0 0 (7) = Regangan L0 = Pertabahan panjang () L0 = Panjang awal () Modulus elastisitas (E) σ E ε (8) E = Modulus elastisitas (GPa) 2. Pengujian Bending dilakukan dengan enggunakan three point bending sehingga spesien uji akan engalai tekan sertatarik pada bagian bawah dan akan engalai kegagalan (Gabar 9). Eb = Modulus elastis bending (GPa) = Slope tangen pada kurva beban vs deleksi (N/) METODE PENELITIAN Penelitian ini dikategorikan sebagai eksperien nyata (true exsperiental research) yang bertujuan enyelidiki keungkinan adatidaknya pengaruh perlakuan serat tunggal akibat persentase alkali dan waktu perendaan terhadap siat ekanis serat yang akan digunakan sebagai penguat koposit. Variabel terikat yang digunakan sebagai perlakuan serat adalah persentase alkali 4%, 5%, 6% dengan upset tie 1 ja. Siat ekanis yang di uji yaitu kekuatan tarik serat. Sedangkan variabel yang dikontrol seperti katalis, aguades, diaeter serat, waktu perlakuan. Bahan dan alat yang digunakan untuk pebuatan koposit sebagai berikut: Bahan terdiri dari serat pangkal pelepah daun pinang (Gabar 10), NaOH (4%, 5%, 6%), resin epoxy, katalis dan aguades, wax. Gabar9.PenapangBending (Balok) Kekuatan bending (b) 3PL σ b 2 2bd (9) b = Tegangan bending (MPa) P = Beban (N) L = Panjang support span b = Lebar () d = Tebal () Deleksi aksiu (D) 6Dd σ b 2 L (10) D = Deleksi aksiu (kg/) Modulus elastisitas bending (Eb) 3 L. Eb 4bd 3 (11) Gabar 10. Serat Pangkal Pelepah Daun Pinang Alat bantu yang digunakan berupa cetakan spesien (ika), tibangan digital, ikroeter, esin uji tarik serta alat bantu lainnya seperti pisau, istar, basko,gelas ukur, cutter, gunting, koran bekas, kit (peluas), kuas, spidol, penjepit, kipet, sendok plastik, ja. Serat yang digunakan sebagai penguat adalah serat pangkal pelepah daun pinang. Pengabilan serat dilakukan dengan enarik serat dari pangkalnya berupa lebaran dan direnda dala air selaa 5 hari keudian pebersihan pati enggunakan pisau.serat 123

6 dijeur di terik atahari untuk enghilangkan kadar air. Untuk perlakuan serat aka perlu perhitungan perbandingan volue NaOH per 1 liter aguades dengan persentase NaOH 4%, 5%, 6%. Prosedur perlakuan serat dengan alkali sebagai berikut : 1. Serat asing - asing direnda dengan persentase alkali 4%, 5%, 6% selaa 1 ja, 2. Serat dicuci dengan air bersih selaa 5 enit, 3. Pengeringan serat dilakukan dala suhu ruangan sapai kering, Untuk engetahui perubahan siat ekanis serat urni aupun akibat perlakuan NaOH aka perlu dilakukan pengujian tarik serat tunggal Gabar Koposit dibiarkan kering dala suhu ruang selaa 24 ja, 8. Lepaskan koposit dengan ebuka kle penjepit, 9. Koposit dikeringkan dala suhu ruangan. 10 Koposit tersebut keudian di uji sesuai dengan siat ekanis yang diinginkan HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Tarik Serat Murni dan Perlakuan Dari hasil perendaan dan pengujian serat urni dan perlakuan dengan NaOH, diperoleh data pengujian yang enunjukkan peningkatanaupun penurunan beban putus seperti terlihat pada tabel 1.Data pengujian serat urni dan perlakuan yang dilakukan di Lab. Material MIPA Fisika Universitas Brawijaya. Tabel 1. Data Hasil Pengujian Serat Murni dan Perlakuan NaOH Persentase NaOH (%) Upset Tie (Ja) Beban Rata- Rata F Kekuatan Tarik t (MPa) (N) 0 % 0 16, % 1 8, % 1 9, % 1 6, Gabar 10. Mesin Uji Tarik Serat Tunggal Serat pangkal pelepah daun pinang yang telah diodiikasi secara kiia (NaOH) selanjutnya akan dianuaktur enjadi koposit dengan enggunakan etode hand lay updengan tahapan sebagai berikut: 1. Tibang assa serat yang diikat, sesuai raksi voluenya, 2. Siapkan cetakan spesien uji dengan engukur lebarnya dan dijepit dengan kle penjepit, 3. Cetakan dioleskan dengan wax, 4. Tibang assa resin sesuai raksi volu atrik, 5. Resin dicapur katalis 1% sesuai perhitungan dan diaduk erata, 6. Tuangkan resin ke dala cetakan ½ dari ukurannya keudian serat ditata sabil ditekan beberapa enit dan tuangkan resin sapai habis, Gabar 11.Hubungan Persentase NaOH vs Kekuatan Tarik Serat Tunggal Pada Tabel 1 tersebut di atas erupakan data hasil pengujian serat urni dan perlakuan NaOH, untuk dapat engetahui pengaruhnya aka dapat dijelaskan hubungan persentase NaOH dan kekuatan tarik serat. Dengan elihat tabel 1. dan gabar 11. diketahui beban putus dan diaeter yang besar ada 124

7 pada serat tanpa perlakuan (urni) naun tidak enghasilkan kekuatan tarik tertinggi. Ini lebih disebabkan ikatan kiiaserat urni secara organik seperti selulosa, heiselulosa, ligninasih relati rendah. Kekuatan tarik seratperlakuan, tertinggi terjadi pada persentase 5% NaOH sebesar 195 MPa dengan diaeter serat yang kecil dan beban yang relati besar. Hal ini dipengaruhi seakin banyaknya ikatan hidroksil aupun karbonil yang terjadi selaa proses perendaan serat dengan NaOH dan apu ereduksi kandungan air dala serat. Sedangkan kekuatan tarik serat perlakuan terendah terjadi pada persentase 6% NaOH sebesar 128 MPa. Penurunan kekuatan serat lebih disebabkan enurunnya ikatan karbonil, hidroksil. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian tarik serat aka ditariklah beberapa intisari sebagai kesipulan sebagai berikut : 1. Adanya peningkatankekuatan tarik serat akibat perlakuan NaOH apabila dibandingkan dengan serat yang belu endapat perlakuan. 2. Kekuatan tarik serat tertinggi terjadi pada persentase NaOH 5% sebesar 195 MPa sedangkan terendah terjadi pada serat tanpa perlakuan (urni) sebesar 84 MPa. 3. Persentase alkali (NaOH) yang seakin besar akan eningkatkan ikatan kiia serat dan sebaliknya akan enurunkan ikatan kiia serat seperti karbonil aupun hidroksil sehingga serat seakin elastis dan getas. [3] Maryanti, B.,2011, Pengaruh Alkalisasi Koposit Serat Kelapa Polyester Terhadap Kekuatan Tarik, JurnalRekayasa Mesin., Vol.2, No.2, [4] Reddy, R.G.,2011, Fabrication and Perorance o Hybrid Betel Nut (Areca Catechu) Short Fiber/Sansevieria Cylindrica (Agaveceae) Epoxy Coposites, International Journal o Materials and Bioaterials Aplications., Vol. 1, No.1, [5] Mehar, A., Experiental Study and the Eect o Alkali Treatent with Tie on Jute Polyester Copesite,.International Journal o Engineering Research., Vol. No. 2, Issue No. 2, [6] Mott, L.R., 2009, Eleen Eleen Mesin Dala Perancangan Mekanis, 2 nd edition, Penerbit Andi, Yogyakarta. [7] Callister, D.W. dan Rethwisch, G.D.,2007, Fundaental o Material Science and Enginering, An Integrated Approach Third Edition, Departent o Metallurgical Engineering The University o Utah, John Willey and Sons, Inc [8] Matthews, L.F. dan Bawlings, D.B., 1993, Coposite Materials Engineering and Science. Chapan & Hall., London. Glasgow. New York. Tokyo. Melbourne. Madras. [9] Mazudar, K.S.,2002, Coposites Manauacturing Material, Product, and Process Engineering. ByCRC Press. Boca Raton London., New York Washington, D.C. DAFTAR PUSTAKA [1] Lutony, T.L., 1993, Pinang Sirih, Kooditiekspordanserbaguna,PenerbitK anisius, Yogyakarta. [2] Okoaa, 1990,Sibol Pendekatan Masyarakat di Tior, Soe, Pebentukan TK 2 TTS. 125

8 126