Kata kunci : Serat enceng gondok, NaOH, etanol, elongasi, tegangan tarik & tegangan interfacial

Transkripsi

1 PENGARUH LARUTAN ALKALI DAN ETANOL TERHADAP KEKUATAN TARIK SERAT ENCENG GONDOK DAN KOMPATIBILITAS SERAT ENCENG GONDOK PADA MATRIK UNSATURATED POLYESTER YUKALAC TIPE 157 BQTN-EX Yusu Uardani*, Catur Praono** *Sta Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro **Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Pro.H.Sudharto,SH Tebalang-Searang Kotak Pos 1269 Abstrak Serat enceng gondok erupakan serat yang berasal dari tubuhan enceng gondok (eichornia crassipes). Serat enceng gondok epunyai bentuk silinder seperti benang. Penelitian ini bertujuan untuk engetahui kekuatan tarik serat enceng gondok dan kopatibilitas serat enceng gondok pada atrik unsaturated polyester yukalac tipe 157 BQTN-EX. Pebuatan spesien uji serat enceng gondok terdiri dari serat non perlakuan dan perlakuan perendaan selaa 2 ja dengan larutan alkali(naoh kadar 5%, 10%, dan 15%) dan etanol(c 2 H 5 OH kadar 5%, 10%, dan 15 %). Spesien uji tarik serat enceng gondok engacu pada standar JIS R-7601, dan spesien uji kopatibilitas dengan etode pengujian single iber pull out. Hasil pengujian tarik ulur serat enceng gondok enunjukkan tegangan tarik tebesar pada serat non perlakuan N/ 2 naun elongasi pada serat non perlakuan tersebut enunjukkan nilai yang terendah yaitu 0.857%. Sedangkan hasil pengujian kopatibilitas enunjukkan tegangan interacial tertinggi terdapat pada spesien perlakuan perendaan etanol kadar 10% sebesar N/ 2 dan nilai elongasi sebesar 1.999%. Bentuk patahan serat dilihat dari saping akibat pengujian tarik enunjukkan patahan yang berbentuk tak beraturan seperti gerigi dan seakin ke ujung eruncing, sedangkan akibat pengujian kopatibilitas enunjukkan patahan yang sebagian atrik ikut tercabut pada ujung atrik yang enunjukkan adanya kecocokan serat terhadap atrik. Kata kunci : Serat enceng gondok, NaOH, etanol, elongasi, tegangan tarik & tegangan interacial 1. PENDAHULUAN Selaa ini, enceng gondok belu banyak digunakan di dunia industri. Penggunaannya asih terbatas pada pebuatan tas dan ebel anya. Padahal, akhir-akhir ini para iluwan eberikan perhatian yang lebih terhadap aterial koposit yang raah lingkungan. Material koposit yang banyak digunakan adalah koposit penguatan serat. Dala perkebangannya, koposit yang terbuat dari glass ibre reinorced plastic (GFRP) erupakan polutan sehingga banyak peneliti yang beralih enggunakan serat ala. (Sigit, 2007) Salah satu jenis serat ala yang berpotensi untuk digunakan sebagai penguat bahan koposit adalah serat dari tubuhan enceng gondok. Potensi serat enceng gondok (Eichornia crassipes) sebagai aterial koposit sangat potensial engingat dari segi ketersediaan bahan baku serat ala Indonesia cukup elipah. Data perkebangan enceng gondok di Rawa Pening, Abarawa - Jawa Tengah saat ini telah encapai julah yang sangat banyak. Dari perukaan air Rawa Pening yang berkisar 7200 hektar, ± 6000 hektar diantaranya tertutup enceng gondok. Tubuhan enceng gondok yang terasuk dala kelopok gula perairan eiliki kecepatan berkebang biak vegetati yang sangat tinggi, terutaa di daerah tropis dan subtropis. Tingkat pertubuhan enceng gondok yang pesat yaitu satu batang enceng gondok dala waktu 52 hari apu enghasilkan tanaan baru seluas 1 2.(Harahap, 2003) Hal ini erupakan potensi besar enceng gondok untuk dapat dianaatkan sebagai bahan penguat koposit serat ala yang raah lingkungan. Gabar 1. Enceng Gondok. Dari segi internasional, konsep back to nature pun seakin digalakkan. Bahkan anjuran FAO kepada dunia industri dengan dideklarasikannya International Year o Natural Fibres 2009 (IYNF 2009) pada tanggal 20 Deseber 2006 yang enganjurkan ulai tahun 2009 sudah enggunakan bahan baku yang raah lingkungan dan udah terdegradasi. Hal ini erupakan peluang besar bagi serat enceng gondok agar segera diterapkan dala dunia industri anuaktur koposit. Riset pengaruh larutan alkali dan etanol terhadap kekuatan tarik serat enceng gondok dan kopatibilitas serat enceng gondok dipandang sangat penting untuk dilakukan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan engetahui kekuatan tarik dan kopatibilitas serat enceng gondok pada atrik unsaturataed polyester yukalac tipe 157 BQTN-EX. Variabel yang berpengaruh terhadap kekuatan tarik dan kopatibilitas dala penelitian ini adalah pengaruh perendaan serat enceng gondok dengan larutan alkali dan larutan ROTASI Volue 11 Noor 2 April

2 etanol. Variabel-variabel tersebut enjadi acuan penting untuk engetahui siat ekanis serat enceng gondok. Manaat penelitian ini diharapkan dapat eberikan data kekuatan tarik dan kopatibilitas serat enceng gondok pada atrik unsaturated polyester yukalac tipe 157 BQTN-EX dan peercepat pengebangan natural iber yang raah lingkungan pada dunia industri anuaktur koposit. 2. TINJAUAN PUSTAKA Bentuk serat utaanya adalah benang panjang atau pendek dan biasanya dala bentuk acak atau sudah dala bentuk anyaan dari pabrik dengan variasi berat. Serat dala bentuk anyaan atau acak bertujuan untuk eberikan pilihan agar kualitas koposit sesuai dengan keinginan dan ungsi dari aterial. (Sigit, 2007). Zhu, dkk elakukan pengujian kopatibilitas pada aterial BSS-iber coposites dan CSS-iber coposites eberikan perbedaan yang signiikan pada hasil uji setelah dilihat dengan SEM seperti ditunjukkan pada gabar 2. Pada BSS-iber enunjukkan terdapat gelebung atrik yang terangkat ke atas, sedangkan pada CSS-iber relati kecil. Rata-rata kekuatan BSS-iber coposites lebih besar dibandingkan CSS-iber coposites yaitu sebesar 11,1% dan 22,4% untuk kedalaan serat 3 dan 4,5. Gabar 2. Mikrograi SEM perukaan patahan pada BSS-iber coposites. Mikrograi SEM perukaan patahan pada CSS-iber coposites. George dkk (1996) elakukan perlakuan serat daun nanas dengan urutan: treatent NaOH 0,5% selaa 1,5 ja, pencucian dengan air dingin, pencucian dengan HCl 0,1 M, dan dikeringkan dala oven pada suhu 60 0 C selaa 24 ja. Selaa perlakuan alkali, perukaan serat akan enjadi kasar. Topograi perukaan serat yang kasar enghasilkan echanical interlocking yang lebih kuat dengan atrik. Adanya echanical interlocking juga akan eningkatkan viskositas capuran serat-atrik polyethylene. Selanjutnya, Eichhorn dkk (2001) juga ebuktikan bahwa perlakuan alkali 8% NaOH pada serat jute dapat engubah topograi perukaan serat dan struktur kristalnya. Mechanical bonding koposit yang diperkuat serat ala dapat ditingkatkan dengan perlakuan kiia serat atau engunakan coupling agent. Matrik yang digunakan dala penelitian ini adalah resin unsaturated polyester yukalac tipe 157 BQTN-EX dengan hardener MEKPO 1%. Koposit dibuat dengan etode 35%. Seua spesien dilakukan post cure pada suhu 62 0 C cetak tekan selaa 4 ja. Spesien uji tarik engacu pada standar ASTM D Hasil penelitian enunjukkan bahwa kekuatan dan regangan tarik koposit eiliki harga optiu untuk perlakuan serat 2 ja, yaitu Mpa dan 0.44%. Penapang patahan koposit yang diperkuat serat tanpa perlakuan enunjukkan adanya iber pull out. (Diharjo, 2006). Tegangan - Regangan Tegangan dideinisikan sebagai tahanan terhadap gaya-gaya luar. Tegangan enurut Sith (1986) dapat diruuskan sesuai dengan persaaan 1. = F Ao... (1) diana : = tegangan (N/ 2 ) F = beban (Newton) Ao =Luas penapang awal ( 2 ) Regangan (strain), e, adalah besar deorasi per satuan panjang. Regangan yang digunakan untuk kurva tegangan regangan rekayasa adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh dengan cara pebagian antara pertabahan panjang (ΔL) dengan panjang ula-ula. Peruusan regangan enurut Callister (1986) sesuai dengan persaaan 2. Lu Lo Regangan = 100% (2) Lo Keterangan : Lu = panjang sesudah patah () Lo= panjang ula ula () Regangan juga dapat dipengaruhi oleh luas penapang bahan aterial, yang diruuskan seperti persaaan 3. Ao Au e 100%...(3) Ao Keterangan: e = regangan (%) A u = luas setelah pengujian ( 2 ) A o = luas penapang awal ( 2 ) Kekuatan Tarik Serat pada Matrik Penurunan ruus kekuatan tarik dari koposit yang diperkuat serat dengan kaidah capuran (pendekatan) diruuskan oleh Dieter (1987) yang digabarkan pada distribusi tegangan geser dan ROTASI Volue 11 Noor 2 April

3 tegangan tarik aksial sepanjang serat seperti gabar 3. Gabar 3. Variasi tegangan sepanjang serat. Bila bekerja gaya tarik P dala arah serat, dapat dianggap bahwa serat dan atriks engalai regangan yang saa yaitu e e e, aka gaya tarik P enurut Dieter (1987) seperti persaaan 4. P A A...(4) diana A adalah penapang serat dan A adalah penapang atriks. Jika luas koposit dinyatakan A A A, aka kekuatan rata-rata koposit c sesuai persaaan 5. P A A c...(5) Ac Ac Ac Kopatibilitas Menurut John A. Nair (2001) untuk enginterprestasikan terjadinya iber pull-out dapat diodelkan seperti pada gabar 4. c 3. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Penelitian Bahan yang digunakan dala pebuatan penelitian ini eliputi serat enceng gondok (eichhorniae crassipes), resin unsaturated polyester yukalac tipe 157 BQTN-EX, hardener etyl etyl keton peroksida (MEKPO), kertas karton, le aibon, larutan alkali (NaOH kadar 5%, 10%, 15 %), larutan etanol (C 2 H 5 OH kadar 5%, 10%, 15 % ), dan aquades. Peralatan yang digunakan dala penelitian ini adalah sikat baja, tibangan digital skala 0,001 gra, plat aluiniu sebagai kedudukan uji kopatibilitas, gelas ukur, gelas plastik, gunting, cutter, ikrograi dan dial indicator, Kaera digital erk kodak 8 egapixels, dan alat uji tarik-ulur TENSO-LAB.UII odel tenso 300 tipe 168E seri 397 produk Italy tahun 1997 yang dilengkapi dengan koputer. Metode Perlakuan dan Pebuatan Spesien Tanaan enceng gondok dicuci hingga bersih keudian dikeringkan selaa 10 hari. Pebuatan serat dilakukan setelah enceng gondok kering disikat ebujur searah dengan batang enceng gondok, lalu serat akan eisah dari daging tanaan enceng gondok. Serat keudian diikatkan pada lidi posisi enggantung lalu direnda selaa 2 ja pada larutan alkali (NaOH kadar 5%, 10 %, 15%) dan larutan etanol (C 2 H 5 OH kadar 5%, 10 %, dan 15%) seperti gabar. Pengangkatan serat dilakukan dengan engangkat batang lidi lalu serat dinetralkan dengan larutan akuades. Keudian serat dikeringkan secara alai pada suhu kaar selaa 3 hari. Pebuatan spesien uji tarik dengan engacu pada standar JIS R-7601 dengan enggunakan rae dari kertas karton seperti gabar 5a. Spesien uji kopatibilitas dibuat dengan cara ujung serat enceng gondok ditetesi resin seperti gabar 5b. Pencapuran antara resin dan katalis adalah 1% yaitu setiap 100 cc resin, katalis yang digunakan 1 cc. Gabar 4. Bagian kiri enunjukkan ikatan ikro (atas) dan pull-out (bawah) geoetri spesien dan bagian kanan enunjukkan ekuivalen odel silinder kedalaan serat di dala atrik. Dari gabar 5 tersebut, apabila a-l e dianggap besarnya saa dengan l e aka dapat diruuskan tegangan geser interacial sesuai dengan persaaan 6. (6) diana r adalah radius serat dan l e adalah panjang serat di dala atrik. Gabar 5. Spesien uji tarik serat. Spesien uji kopatibilitas. Metode Pengujian Pengujian tarik dilakukan dengan esin uji tarik ulur TENSO LAB UII seperti gabar 6a dan pengujian kopatibilitas seperti gabar 6b. ROTASI Volue 11 Noor 2 April

4 Tabel 2. Tabel hasil pengujian tarik ulur serat enceng gondok perlakuan etanol (C 2 H 5 OH) Gabar 6. Pengujian tarik serat,. Pengujian kopatibilitas. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Batasan yang digunakan untuk enganalisa kekuatan tarik dan kopatibilitas adalah diaeter serat enceng gondok dianggap seraga baik spesien uji tarik aupun spesien uji kopatibilitas. Pengukuran diaeter serat dilakukan dengan enggunakan alat ikrograi yang dirata-rata dari lia pengukuran sapel uji serat. Pengujian Tarik-Mulur Serat Tabel 1. Tabel hasil pengujian tarik ulur serat enceng gondok perlakuan alkali (NaOH) Hasil pengujian enunjukkan nilai elongasi eningkat dibandingkan dengan non perlakuan naun peningkatan kadar etanol akan enyebabkan penurunkan nilai elongasi serat enceng gondok. Sehingga dapat dikatakan seakin banyak kadar etanol akan enurunkan nilai elongasi serat enceng gondok. Kekuatan tarik serat enceng gondok akibat perendaan dengan etanol seakin enurun dan seakin enurun seiring penabahan kadar etanol. Diagra batang panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar etanol sesuai dengan gabar 8a dan diagra batang tegangan tarik serat enceng gondok terhadap kadar etanol sesuai gabar 8b. Hasil pengujian enunjukkan nilai elongasi yang seakin eningkat, sedangkan kekuatan tarik terjadi penurunan akibat perendaan NaOH. Sehingga dapat dikatakan seakin banyak kadar NaOH akan eningkatkan nilai elongasi serat enceng gondok naun tidak dapat eningkatkan tegangan tarik yang elebihi serat enceng gondok non perlakuan.. Diagra batang panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar NaOH sesuai dengan gabar 7a dan diagra batang tegangan tarik serat enceng gondok terhadap kadar NaOH sesuai gabar 7b. Gabar 8. Graik panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar etanol dan Graik tegangan tarik serat enceng gondok terhadap kadar etanol. Pengujian Kopatibilitas Tabel 3. Tabel hasil pengujian single iber pull out perlakuan alkali Gabar 7. Graik panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar NaOH dan Graik tegangan tarik serat enceng gondok terhadap kadar NaOH Pengujian kopatibilitas dilakukan dengan etode single iber pull out. Tegangan interacial serat enceng gondok engalai penurunan akibat perendaan dengan NaOH. Tegangan interacial serat ROTASI Volue 11 Noor 2 April

5 enceng gondok dengan perlakuan perendaan dengan NaOH tertinggi pada serat dengan perendaan NaOH 10%. Hal tersebut terjadi akibat perubahan topograi serat yang enyebabkan echanical interlocking serat terhadap atrik seakin kuat. Diagra batang panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar NaOH pada pengujian kopatibilitas sesuai pada gabar 9a dan diagra batang tegangan interacial serat enceng gondok terhadap kadar NaOH sesuai gabar 9b. Gabar 10. Graik panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar etanol dan Graik tegangan interacial serat enceng gondok terhadap kadar etanol. Gabar 9. Graik panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar NaOH dan Graik tegangan interacial serat enceng gondok terhadap kadar NaOH Tabel 3. Tabel hasil pengujian single iber pull out perlakuan etanol Penapang Patahan Berdasarkan hasil oto dengan alat ikrograi, serat enceng gondok akibat pengujian tarik terdapat beberapa bentuk patahan yaitu patahan yang tidak teratur seperti gerigi dan patahan yang seakin ke ujung seakin eruncing. Patahan ujung yang berbentuk gerigi disebabkan akibat patahan yang langsung pada ujung serat tanpa adanya bagian yang saling elepas. Sedangkan patahan yang ujungnya seakin eruncing disebabkan karena serat engalai tarikan yang sebagian serat terkelupas sehingga enyebabkan patahan yang seakin ke ujung seakin eruncing. Gabar patahan serat sesuai gabar 11a dan 11b. Hasil pengujian kopatibilitas serat enceng enunjukkan seakin banyak kadar etanol akan enurunkan nilai elongasi serat enceng gondok dan elongasi tertinngi etanol kadar 5%. Tegangan interacial serat enceng tertinggi pada serat yang engalai perlakuan perendaan dengan etanol dengan kadar 10%. Kondisi tersebut terjadi akibat adanya kopatibilitas serat dengan atrik yang baik pada serat dengan perlakuan perendaan pada etanol kadar 10%. Diagra batang panjang elongasi serat enceng gondok terhadap kadar etanol pada pengujian single iber pull out sesuai dengan gabar 10a dan diagra batang tegangan interacial serat enceng gondok terhadap kadar etanol sesuai gabar 10b. Gabar 11. Patahan serat berbentuk serat gerigi (perbesaran 50 kali) dan Patahan serat eruncing (perbesaran 50 kali). Foto ikrograi akibat pengujian single iber pull out enunjukkan beberapa bentuk patahan dilihat dari saping yaitu patahan yang ujungnya berbentuk tak teratur dan patah serat di ujung. Patahan yang tak teratur disebabkan akibat patahan yang sebagian atrik ikut tercabut bersaaan dengan serat sehingga ujung atrik enyerupai gerigi. Sedangkan patah serat di ujung disebabkan karena atrik tidak ikut tercabut sehingga ujung dari patahan terlihat halus dari saping. Hal tersebut enunjukkan adanya ROTASI Volue 11 Noor 2 April

6 kopatibilitas (kecocokan) antara serat dan atrik. Gabar patahan sesuai gabar 12a dan 12b. Gabar 12. Patahan ujung atrik berbentuk gerigi (perbesaran 50 kali) dan Patahan ujung atrik eruncing (perbesaran 50 kali). 5. KESIMPULAN Dari hasil penelitian pengaruh perendaan serat enceng gondok pada larutan alkali (NaOH) kadar 5 %, 10 %, 15% dan etanol (C 2 H 5 OH) kadar 5 %, 10 %, 15% selaa 2 ja, aka dapat ditarik kesipulan sebagai berikut : 1. Seakin banyak kadar NaOH akan eningkatkan nilai elongasi serat enceng gondok naun tidak dapat eningkatkan tegangan tarik serat enceng gondok. 2. Kekuatan tarik serat enceng gondok akibat perendaan dengan etanol seakin enurun seiring penabahan kadar etanol. 3. Pengaruh perendaan larutan alkali dan etanol selaa 2 ja enunjukkan nilai tegangan interacial tertinggi pada perlakuan perendaan dengan enggunakan larutan etanol dengan kadar10%. 4. Bentuk patahan serat dilihat dari posisi saping akibat pengujian tarik enunjukkan patahan yang berbentuk gerigi dan seakin eruncing ke ujung, sedangkan akibat pengujian kopatibilitas enunjukkan patahan yang sebagian atrik ikut tercabut pada ujung atrik yang enunjukkan adanya kecocokan serat terhadap atrik. DAFTAR PUSTAKA Anoni, JIS Hand Book, Japan Callister D.W., Materials Science And Engineering. John Willey & Sons, Univ o Utah Dieter G., E., (1987). Mechanical Metallurgy, 2 nd Edition, McGraw Hills Copany, Tokyo. Eichorn, Review Current International Research Into Cellulosic Fibres And Coposites. Journal o Materials Science 36 (2001) UMIST George J., Janardhan R., Anand J.S., Bhagawan S.S. dan Thoas S., Melt Rheological behavior o Short Pineapple Fibre Reinorced Low Density Polyethylene Coposites, Journal o Polyer, Volue 37, No. 24, Gret Brittain Harahap, A.S., Suhariyuwanto, dan Babang SM., Kerajinan Tangan Enceng Gondok Balai Pengebangan Pendidikan Luar Sekolah dan Peuda (BPPLSP) Jawa Tengah. Nairn J.A., Liu C.H., Mendels D.A., Zhandarov S., Fracture Mechanics Analysis O The Single-Fiber Pull-Out Test And The Microbond Test Including The Eects O Friction And Theral Stresses. Univ. o Utah, Salt Lake City,USA Sigit , Diskusi Pebuatan Koposit Sandwich PT.INKA, Madiun Sith F.W., Principles o Materials Science And Engineering.Mc.Graw-Hill, Univ. o Central Florida. Y.T. Zhu, J.A. Valdez, I.J. Beyerlein, S.J. Zhou, C. Liu, M.G. Stout, D.P. Butt, dan T.C. Lowe. Mechanical Properties o Bone-Shaped-Short- Fiber Reinorced Coposites. Los Alaos National Laboratory, Los Alaos. ROTASI Volue 11 Noor 2 April