BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Papan Partikel Papan partikel adalah papan buatan yang terbuat dari serpihan kayu dengan bantuan perekat sintetis kemudian mengalami kempa panas sehingga memiliki sifat seperti kayu, tahan api dan merupakan bahan isolasi serta bahan akustik yang baik (Dumanauw, 2006). Menurut Badan Standar Nasional Indonesia (1996) papan partikel adalah produk kayu yang dihasilkan dari pengempaan panas antara campuran partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya dengan perekat organik serta bahan perekat lainnya yang dibuat dengan cara pengempaan mendatar dengan dua lempeng datar. Tipe tipe papan partikel yang banyak itu sangat berbeda dalam hal ukuran dan bentuk partikel, jumlah resin (perekat) yang digunakan dan kerapatan panil yang dihasilkan. Sifat-sifat papan partikel antara lain penusutan dianggap tidak ada, keawetan terhadap jamur tinggi, k arena adanya bahan pengawet, merupakan bahan akustik yang baik dan isolasi panas yang baik. Selain itu keuntungan dari papan partikel antara lain : 1). Papan partikel merupakan bahan konstruksi yang cukup kuat 2). Bahan isolasi dan akustik yang baik. 3). Dapat menghasilkan bidang yang luas. 4). Pengerjaan mudah dan cepat. 5). Tahan api. 6). Mudah difinishing, dilapisi kertas dekor, dilapis finil dan lain sebagainya. 7). Memiliki kestabilan dimensi. 2.2 Resin Poliester Tak Jenuh Matriks yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin poliester. Resin poliester merupakan resin yang paling banyak digunakan dalam berbagai aplikasi yang menggunakan resin termoset, baik itu secara terpisah maupun dalam bentuk 5

2 materal komposit. Walaupun secara mekanik, sifat mekanik yang dimiliki oleh poliester tidaklah terlalu baik atau hanya sedang sedang saja. Hal ini karena resin ini mudah didapat, harga relatif terjangkau serta yang terpenting adalah mudah dalam proses fabrikasinya. Jenis dari resin poliester yang digunakan sebagai matriks komposit adalah tipe yang tidak jenuh (unsaturated polyester) yang merupakan termoset yang dapat mengalami pengerasan (curing) dari fasa cair menjadi fasa padat saat mendapat perlakuan yang tepat. Berbeda dengan tipe polister jenuh (saturated polyester) seperti Terylene, yang tidak bisa mengalami curing dengan cara seperti ini. Oleh karena itu merupakan hal yang biasa untuk menyebut resin poliester tidak jenuh (unsaturated polyester) dengan hanya menyebutnya sebagai resin poliester. Ada dua prinsip dari resin poliester yang digunakan sebagai laminasi dalam industri komposit. Yaitu resin poliester orthopthalic, merupakan resin standar yang digunakan banyak orang, serta resin poliester isopthalic yang saat ini menjadi material pilihan pada dunia industri seperti industri perkapalan yang membutuhkan material dengan ketahanan terhadap air yang tinggi. Struktur kimia poliester tak jenuh dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini : : Gambar 2.1 Struktur Kimia Poliester Tak Jenuh 6

3 Tabel 2.2 Spesifikasi Resin Poliester Tak Jenuh Yukalac BQTN 15 No. Spesifikasi Satuan Nilai Tipikal 1. Berat Jenis Gr/cm 3 1, Kekerasan Suhu Dispersi Panas 0 c Penyerapan Air (Suhu Ruangan) % % 0,188 0, Kekuatan Flestural 9,4 6. Modulus Flestural Kg/mm Daya Rentang Kg/mm 5,5 8. Modulus Rentang Kg/mm 2 9. Elongasi % 1 Sumber : Najib, Muhammad, 2010 Resin Poliester yang digunakan sebagai penguat daam pengisi papan partikel memiliki sifat kimia, seperti yang tersaji pada tabel 2.7 dibawah ini Tabel 2.3 Sifat kimia poliester No. Sifat dan Wujud Keterangan 1 Bentuk Cairan 2 Warna Kuning terang dan coklat terang 3 Viskositas Densitas 1,05±0,05 g/cm 3 5 Kapasitas 140±2 0 C, 2 jam Pengeras Sumber : Najib dan Muhammad (2010) 2.3 Cangkang Biji Karet (Hevea brasilliensis) Cangkang biji karet (Hevea brasilliensis) adalah limbah pohon karet yang banyak dijumpai. Adapun sifat fisik dan kimia cangkang biji karet (Hevea brasilliensis) adalah sebagai berikut 7

4 Sifat Fisik Cangkang Biji Karet Karet atau memiliki nama latin Hevea Brasiliensis, merupakan tanaman asli dari lembah sungai Amazon, Brazil, Amerika Selatan. Tanaman dapat tumbuh baik di daerah daratan rendah, yakni hingga ketinggian 200 mdpl dengan kebutuhan sinar matahari minimum 5-7jam perhari. Karet mampu tumbuh hingga mencapai ketinggian 15-25m. Dalam dunia tunbuhan karet memiliki taksonomi sebagai berikut: Kingdom : Plantae Divisio : Spermatophyta Sub Divisio : Angiospermae Kelas : Dicotyledonae Ordo : Euphorbiales Famili : Euphorbiaceae Sub Famili : Mimosoidae Genus : Hevea Species : Hevea brasilliensis Secara fisik cangkang biji karet memiliki ciri ini sebagai tumbuhan yang berlignin karena konstruksi cangkang yang keras mengindikasi bahwa cangkang biji karet ini mengandung senyawa aktif berupa lignin. Selain pemanfaatannya yang masih kurang optimal, jika dibandingkan dengan bagian biji, bagian cangkang termasuk bagian yang mengandung lignin yang cukup banyak, sehingga bagian ini cukup potensial untuk diolah menjadi produk papan partikel yang sangat bermanfaat dan bernilai jual yang tinggi. Hal ini akan membuat cangkang biji karet lebih inovatif dibandingkan cangkang yang bersal dari sumber lain Komposisi Kandungan Kimia Cangkang Biji Karet Cangkang biji karet juga memiliki komposisi kimia yang terkandung didalamnya, tersaji pada table 2.4, yakni : 8

5 Tabel 2.4. Komposisi Kimia yang Terkandung dalam Cangkang Biji Karet Komponen Presentase Penyusun (%) Selulosa 48,64 Lignin 33,54 Pentosan 16,81 Kadar Abu 1,25 Kadar Silika 0,52 Sumber: Esih Susi Safitri, Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) Katalis yang digunakan adalah katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akibat mencampurkan katlis terlalu banyak adalah membuat komposit menjadi getas. Penggunaan katalis sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhannya. Pada saat mencampurkan katalis ke dalam matriks maka akan timbul reaksi panas ( oc). Proses pengerasan resin diberi bahan tambahan yaitu, katalis jenis Methyl Ethyl Keton Peroksida (MEKPO), katalis digunakan untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin pada suhu yang lebih tinggi. Pemakaian katalis dibatasi sampai1% dari volum resin. Sudah banyak penelitan yang telah dilakukan dengan menggunakan bahanbahan alami yang terdapat di alam dengan komposit resin poliester tak jenuh, untuk memperbaiki sifat nya maka ditambahkan pengisi yang berasal dari alam seperti yang telah dilakukan oleh (Sudarsono, 2012) yang menggunakan poliester tak jenuh sebagai matriks dengan katalis MEKPO dan pengisi bahan kayu sengon laut dan serat alami jenis rami diperoleh hasil berupa tegangagan tekuk 45,663 Mpa 9

6 dengan modulus young 1,244 GPa dan regangan 1,795 %. (Kartini, dkk., 2002) menggunakan resin poliester sebagai matriks dan pengisi serat ijuk diperoleh nikai kekuatan tarik 56,47 MPa dan kekerasan 94,6. (Azwar, 2009) menggunakan resin poliester tak jenuh dengan filler serbuk kayu diperoleh sifat mekanik yang paling bagus yaitu 0,0722 kn/mm2 untuk filler kayu lunak dan 0,0657 kn/mm2 untuk filler kayu keras.. Dan (Carli, dkk., 2012) menggunakan Fiberglass jenis E- Glass ( Woven roving ), berupa benang panjang yang dianyam dan digulung pada silinder. Untuk matriks nya menggunakan Epoxy dan Polyester. Hasil yang diperoleh berupa pengujian tarik maksimum rata-rata 118,8 MPa, regangan 9,1 % dan modulus Elastisitas 1,3 GPa, untuk uji bendingnya tegangan bending rata-rata 79,92 MPa, momen bending 1540,17 Nmm MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) sebagai katalis yang digunakan memiliki sifat kimia yang terdiri dari : Tabel 2.5 Sifat kimia MEKPO No. Sifat dan Wujud Keterangan 1. Wujud dan bau Cairan bening dan sedikit berbau tajam 2. Titik leleh Cair pada suhu normal 3. Titik nyala 82oC 4. Berat jenis 1,11 g/ml 5. Kelarutan dalam air Kurang dari 1% pada 25oC 6. Sifat korosif Tidak korosif Sumber : Najib dan Muhammad (2010) 2.5 Interface dan Interfasa Gaya ikat (adhesi) antara matriks penguat merupakan suatu variable yang perlu dioptimalkan untuk mendapatkan sifat dan performa terbaik dari suatu material komposit. Gaya ikat dari suatu interphase tidak hanya merupakan suatu interaksi fisik dan kimia antara matriks dan penguat, namun juga struktur dari matriks dan penguat di daerah dekat interface. Dalam komposit, penguat dan matriks 10

7 menghasilkan kombinasi sifat mekanik yang berbeda dengan sifat dasar dari masingmasing matriks maupun penguat karena adanya interface antara kedua komponen tersebut. Interface antara matriks penguat dalam pembuatan komposit sangat berpengaruh terhadap sifat akhir dari komposit yang terbentuk, baik sifat fisik maupun sifat mekanik. Pengertian dari interface yaitu daerah antar permukaan matriks dan penguat yang mengalami kontak dengan keduanya dengan membuat suatu ikatan antara keduanya untuk perpindahan beban. Ikatan yang terjadi pada interface matriks penguat terbentuk saat permukaan penguat telah terbasahi oleh matriks. Interface yang ada pada komposit ini berfungsi sebagai penerus (transmitter) beban antara matriks dan penguat. Bila energi permukaan semakin kecil maka akan semakin mudah terjadi pembasahan. Hubungannya dengan kelarutan (adsorbsi) adalah, bila semakin besar adsorbsi maka energi permukaan akan semakin kecil. Adsorbsi merupakan reaksi permukaan yang tergantung pada konsentrasi dan temperatur. Hubungan daya ikat antara matriks penguat terhadap sifat mekanis komposit sangatlah erat, karena apabila daya ikat antara matrik penguat baik maka dapat meningkatkan sifat mekanis dan performa dari komposit. Interface matriks penguat merupakan suatu batas dua dimensi, sementara interphase matriks penguat merupakan batas tiga dimensi. Ada lima mekanisme yang menerangkan pengikatan pada antarmuka pada partikel, yaitu sebagai berikut : 1. Adsorpsi dan Pembasahan Pembasahan merupakan kontak antara fasa cair dan permukaan fasa padat, dihasilkan dari interaksi antara molekul ketika keduanya terbawa secara bersamaan. Pada mekanisme ini, leburan fasa matriks (resin) harus menutupi seluruh permukaan pengisi agar udara dapat disingkirkan 2. Interdifusi 11

8 Menurut mekanisme ini, suatu ikatan akan terbentuk apabila molekulmolekul polimer meresap dari suatu permukaan ke dalam struktur molekul permukaan yang lain. Kekuatan ikatannya bergantung pada jumlah peresapannya. 3. Daya Elektrostatik Mekanisme daya elektrostatis ini dapat terjadi apabila terdapat perbedaan kutub antara dua konstituen. Proses tarik menarik antar permukaan yang berbeda tingkat kelistrikannya (muatan positif dan muatan negatif) dapat terjadi pada skala atomic. Efektivitas jenis ikatan ini dapat menurun jika ada kontaminasi permukaan dan ada gas yang terperangkap. 4. Ikatan Kimia Pengikatan kimia ini dapat terjadi apabila pencampuran komposit menggunakan agen penghubung atau bahan penyerasi. Pengikatan terbentuk sebagai hasil dari suatu reaksi kimia antara bahan pengisi dengan bahan penyerasi yang digunakan. Kekuatan pengikatannya bergantung pada jenis ikatan kimianya. 5. Ikatan Mekanik Pengikatan mekanik ini terjadi secara interlocking mekanik apabila geometri permukaan matrik dan bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan komposit tidak rata. Beberapa faktor yang mempengaruhi ikatan mekanik ini adalah kekerasan permukaan, aspek geometri dan tekanan yang digunakan dalam proses pabrikasi. 2.6 Bahan Pengisi Pada penelitian ini bahan pengisi yang digunakan adalah cangkang biji karet. Salah satu limbha pertanian dari perkebunan karet adalah biji karet. Biji karet terdiri dari cangkang serta inti biji karet. Inti biji karet berpotensi sebagai bahan baku pembuatan biodiesel sedangkang cangkang biji karet dapat bermanfaat salah satunya sebagai pengisi papan partikel. Tanaman karet merupakan tanaman tahunan yang dapat hidup hingga sekitar 30 tahun. Jumlah biji karet yang 12

9 dihasilkan dari satu hektar tanaman sangat bervariasi yakni sekitar butir/ha/tahun(patria. Dkk, 2015). 2.7 Matriks Sebagai Penguat Papan Partikel Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matrik, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah. Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : 1). Mentransfer tegangan ke serat. 2). Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat. 3). Melepas ikatan. 4). Tetap stabil setelah proses manufaktur. Plastik banyak digunakan sebagai matrik dalam komposit dikarenakan plastik memiliki sifat utama ketahanan kimia yang baik. Plastik sangat ringan dan memiliki kekuatan tarik yang cukup baik. Akan tetapi memiliki kekurangan yaitu memiliki sifat getas. Material matrik yang paling banyak digunakan adalah dari jenis polimer maupun plastik yang lebih dikenal dengan istilah reinforceed plastics. Kelebihan matrik polimer atau plastik jika dibandingkan dengan logam adalah plastik mempunyai densitas yang jauh lebih kecil. Keuntungan ini semakin terlihat ketika modulus young per unit massa E/ρ (modulus spesifik) maupun tegangan tarik per unit massa σ/ρ (tegangan spesifik) mempunyai nilai yang tinggi. Hal ini berarti berat dari komponen dapat dikurangi. Pengurangan berat ini akan mengakibatkan pengurangan kebutuhan energi dan biaya. Pada reinforceed plastics dapat dipilih matriks dari jenis thermoplastic atau thermosetting. Salah satu contoh penggunaan plastik sebagai matriks adalah penelitian yang dilakukan oleh (Mulana, dkk., 2011) dalam pembuatan papan komposit dari plastik daur ulang dari polietilen sebagai matriks dengan pengisi serbuk kayu dan jerami. Hasil yang terbaik yang diperoleh pada pengujian kekerasan terdapat pada perbandingan filler dan matriks 80:20 sebesar 79,5 dan 67 sedangkan pada 13

10 pengujian kekuatan tarik terdapat pada perbandingan 60:40 sebesar 3,62 MPa (megapascal). 2.8 Metode Penyediaan Papan Partikel Metoda penyediaan komposit yang umum dilakukan (Matwed, 1996), yaitu: 1). Metoda Vacuum Bagging yang menggunakan kombinasi ruang vakum dan sebuah film penyerap resin. 2). Metoda Vacuum Resin Transfer Moulding (RTM) menggunakan pemanasan dan proses pemvakuman. 3). Metoda Filament Winding menggunakan sebuah mesin pemintal untuk membentuk jaringan filament. 4). Metoda Pultrusi menggunakan peralatan untuk membentuk komposit menjadi bentuk-bentuk struktural. Metoda ini banyak digunakan untuk produksi dalam skala besar. 5). Metoda Hand Lay-Up menggunakan cetakan yang telah diberi gel coat pada permukaannya kemudian ditambahkan resin dan pengisi kedalam cetakan tersebut dan dibiarkan mongering (curing) 6). Metoda Compression Molding menggunakan cetakan yang ditekan pada tekanan tinggi sampai mencapai 1000 psi, diawali dengan mengalirkan resin dan zat pengisi dengan viskositas tinggi ke dalam cetakan, kemudian mold ditutup dan dilakukan penekanan terhadap material komposit tersebut, sehingga mengakibatkan mengerasnya material komposit secara permanen mengikuti bentuk cetakan. 14

11 2.9 Pengujian dan Karakterisasi Bahan pada Papan Partikel Penyiapan Contoh Uji Lembaran-lembaran papan partikel yang telah mendapatkan perlakuan pengkondisian, kemudian dipotong untuk mendapatkan contoh uji sifat fisis dan mekanis menurut standar JIS A Keterangan: A : Sampel untuk uji MOR dan MOE (10 x 10 cm) B : Sampel untuk uji kerapatan dan kadar air (20 x 5 cm) C : Sampel untuk uji pengembangan tebal ( 5 x 5 cm) D : Sampel untuk uji kuat rekat internal (5 x 5 cm) E : Sampel untuk uji kuat impak ( 5 x 10 cm) Uji Pengembangan Tebal Contoh uji berukuran 50 mm 50 mm 15 mm sebelum diberi air, terlebih dahulu diukur ketebalan bahan uji, kemudian direndam dalam air dingin selama 24 jam. Selanjutnyan bahan uji diukur kembali tebalnya. Perhitungan sampel uji melalui pengukuran tebal sebelum perendaman air (t1) dan tebal setelah perendaman selama 24 jam(t2). Rumus untuk menghitung pengembangan tebal 15

12 Keterangan : Pt = Pengembangan tebal (%) t1 = Tebal bahan uji sebelum perendaman (cm) t2 = Tebal bahan uji setelah perendaman (cm) Berikut gambar spesimen dari pengembangan tebal: Gambar 2.8 Ukuran Dimensi Spesimen Pengembangan Tebal JIS A Uji Kadar Air Contoh uji berukuran 200 mm 50 mm 15 mm ditimbang untuk mendapatkan berat awal (BA), kemudian dioven pada suhu 103±2 C selama 24 jam kemudian didiamkan sampai mencapai suhu kamar dan ditimbang. Selanjutnya dimasukkan ke dalam oven kembali selama ± 3 jam, kemudian didiamkan kembali sampai mencapai suhu kamar dan ditimbang. Tahap ini dilakukan sampai mencapai berat konstan, yaitu perbedaan hasil penimbangan terakhir dan sebelumnya maksimum 1%. Nilai kadar air dihitung dengan rumus(fuadi, 2009) : 16

13 2.9.3 Uji MOR (Modulus of Rapture) dan MOE (Modulus of Elastisitas) Material papan komposit mempunyai sifat tekan lebih baik dibanding tarik, pada perlakuan uji lentur spesimen, bagian atas spesimen terjadi proses tekan dan bagian bawah terjadi proses tarik sehingga kegagalan yang terjadi akibat uji bending yaitu mengalami patah bagian bawah karena tidak mampu menahan tegangan tarik (Lumintang, 2011). Gambaran secara umum mengenai uji MOE dan MOR ditunjukkan pada Gambar 2.6 berikut. Gambar 2.6 Gambaran Umum Uji MOE Contoh uji berukuran 100 mm 100 mm 15 mm pada kondisi kering udara dibentangkan dengan jarak sangga 8 cm. Pembebanan dilakukan di tengah-tengah jarak sangga dengan kecepatan pembebanan sebesar 10 mm/menit. Kemudian ukur besarnya beban yang mampu ditahan oleh contoh uji tersebut sampai batas proporsi(fuadi, 2009). Nilai MOE dihitung dengan rumus Keterangan : MOE = Modulus of Elasticity (kg/cm2) ΔP = perubahan beban yang digunakan (kg) L = jarak sangga (cm) Δy = perubahan defleksi setiap perubahan beban (cm) b = lebar contoh uji (cm) h = tebal contoh uji (cm) nilai MOE dikonversi ke N/mm 2 dengan faktor konversi 0,098 17

14 Sedangkan untuk uji MOR, pembebanan pada pengujian MOE dilanjutkan sampai contoh uji mengalami kerusakan (patah). Nilai MOR dihitung dengan rumus Keterangan : MOR = Modulus of Rupture (kg/cm2) P = berat beban sampai patah (kg) L = jarak sangga (cm) b = lebar contoh uji (cm) h = tebal contoh uji (cm) Nilai MOR dikonversi ke N/mm 2 dengan faktor konversi 0,098 Berikut gambar spesimen dari MOE dan MOR: Gambar 2.7 Ukuran Dimensi Spesimen MOE dan MOR JIS A