PENGARUH PERLAKUAN SIZING TERHADAP KEKUATAN TARIK SERAT TUNGGALSERAT ALAM RAMI

Transkripsi

1 SEMINAR NASIONAL RISET INOVATIF II, TAHUN 214 PENGARUH PERLAKUAN SIZING TERHADAP KEKUATAN TARIK SERAT TUNGGALSERAT ALAM RAMI I Nyoman Pasek Nugraha 1*, Kadek Rihendra Dantes 2, Nyoman Arya Wigraha 3 Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Universitas Pendidikan Ganesha, Singaraja 1* Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Universitas Pendidikan Ganesha, Singaraja 2 Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Universitas Pendidikan Ganesha, Singaraja 3 paseknugraha@yahoo.com Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh sizing xylene dan natriumsilika terhadap kekuatan tarik serat tunggalrami. Langkah awal pada perlakuan permukaan serat adalah perlakuan alkali dengan variasi - 2% NaOH pada temperatur 1 o C selama 1 jam guna menentukan konsentrasi perlakuan alkali sebelum tiap tipe perlakuan permukaan serat terlengkapi. Proses berikutnya adalah sizing dari xylene dan natriumsilika dengan variasi 1-5 jam waktu pencelupan. Spesimen serat dikarakterisasi menggunakan alat uji tarik. Pola perpatahan serat diamati menggunakan mikroskop optik dan untuk topografi permukaannya diamati menggunakan scanning electron microscope (SEM). Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik serat dari sizing xylene dan 5% natriumsilika yang masing-masing dengan 5 dan 2 jam waktu pencelupan mengalami peningkatan (7-8%) dibandingkan hanya pada perlakuan awal 5% NaOH. Kata kunci:serat ramie, sizing, kekuatan tarik, serat tunggal Abstract This research is intended to investigate the effect of xylene and natriumsilica sizing on its single fiber tensile strengthof ramie fiber. The first step in fiber surface treatment is alkali treatment with variation -2% NaOH at temperature 1 o C for 1 hour in oder to determine the appropriate concentration of alkali treatment before each type of fiber surface treatment is completed. The next process is sizing of xylene and natriumsilica with variation 1-5 hour of immersion time. The fiber specimens were characterized using tensile testing machine. The fiber fracture surface specimens were observed using optical microscope and its surface topography was also observed using scanning electron microscope (SEM). The experimental results show that the fiber tensile strength of xylene and 5% natriumsilica sizing with 5 and 2 hours of immersion time were increase (7-8%) compared to that of 5% NaOH pre-treatment only. Keywords : ramie fiber, sizing, tensile strength, single fiber 1199

2 SEMINAR NASIONAL RISET INOVATIF II, TAHUN Pendahuluan Pengembangan serat alam sebagai alternatif pengganti serat gelas untuk penguat komposit polimer dewasa ini menunjukkan peningkatan akibat tuntutan terhadap masalah lingkungan. Serat ramie memiliki potensi sebagai media penguat komposit polimer karena memiliki kekuatan relatif yang tertinggi diantara kelompok serat tumbuhan tetapi belum dimanfaatkan secara optimal dalam aplikasi teknik. Namun, rendahnya pelekatan interfacial antara serat dan matrik menyebabkan serat ramie harus mendapat perlakuan awal sebelum dapat diaplikasikan sebagai media penguat komposit polimer. 2. Perlakuan Serat 2.1 Perlakuan alkali Perlakuan alkali merupakan salah satu perlakuan kimia yang paling sering digunakan pada serat alam. Bahan kimia NaOH digunakan untuk melepaskan ikatan hidrogen pada jaringan struktur serat dengan persamaan kesetimbangan reaksi kimia (Wang dkk, 23): Fibre OH + NaOH Fibre O - Na + + H 2 O Pengaruh perlakuan alkali menunjukkan peningkatan mutu permukaan dan sifat hidrophilic serat alam (Eichhorn dkk, 21). Namun perlakuan alkali juga dapat mengakibatkan degradasi kekuatan tarik pada serat ramie (Marsyahyo dkk, 25) dan hal ini juga belum dapat menjamin ikatan interfacial antara serat-matrik yang baik (Wang dkk, 23). 2.2 PerlakuanSizing Sizingmerupakan proses perlakuan lanjut yang berfungsi melindungi serat dari kerusakan dan memodifikasi permukaannya sehingga dapat meningkatkan ikatan antara serat/matrik (Smallman dan Bishop, 1999). Proses sizing natriumsilika menghasilkan peningkatan kekuatan tarik serat ramie hingga 25% dibandingkan perlakuan awal alkali (Nugraha dkk, 25) serta peningkatan mutu permukaan serat (Bel-Berger dkk, 1999). Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan media xylene dan natiumsilika untuk proses sizing agar dapat meningkatkan kekuatan tarik serat tunggal ramie. 2.3 Kekuatan Tarik Serat Tunggal Performa material komposit dengan penguatan serat salah satunya dipengaruhi oleh sifat seratnya, sehingga kekuatan tarik serat penting untuk diketahui untuk memahami bagaimana perilaku produk akhir komposit (Wang dkk, 23). Kekuatan tarik serat dihitung menggunakan persamaan: F A (1) dengan adalah kekuatan tarik serat yang dihasilkan oleh beban tarik (P) dibagi luasan rata-rata (A). Jika regangan (Ɛ) sudah diketahui maka modulus elastisitas serat dapat ditentukan: E (2) 3. Metode Penelitian. Penelitian ini dilakukan dengan langkahlangkah sebagai berikut: 1. Serat ramie hasil dekortikasi dikeringkan selama ± 7 hari, lalu mendapat perlakuan awal alkali dengan direndam dalam tabung reaksi berisi konsentrasi larutan NaOH (, 5, 1, 15, dan 2%) untuk 2 ml larutan tiap 2 gram serat pada temperatur 1 o C selama 1 jam. Serat hasil perlakuan dicuci hingga bersih dan dibilas dengan air suling hingga PH=7. 2. Untuk proses lanjut adalah sizing yang menggunakan 2 buah media, yaitu: xylene dan natriumsilika dengan variasi lama waktu pencelupan selama 1,2,3,4, dan 5 jam. Untuk natriumsilika dipilih terlebih dahulu parameter konsentrasi kelarutannya dari (5, 1, 15, 2, dan 25 %) guna menentukan konsentrasi yang tepat sebagai acuan pada proses dengan variasi waktu pencelupan. 3. Untuk proses pengujian kekuatan tarik serat menggunakan universal testing machine, yang sebelumnya diawali dengan membentuk spesimen sesuai standar ASTM D Untuk mengetahui topografi permukaan serat diamati menggunakan alat scanning electron microscope (SEM). Pemilihan parameter perlakuan awal dan lanjut dilakukan melalui hasil uji tarik dan pengamatan topografi permukaan serat tersebut. 4. Pembahasan Hasil 4.1 Pengujian Perlakuan Awal Alkali Hasil uji tarik serat perlakuan alkali akibat pengaruh konsentrasi NaOH pada 1 o C selama 1 jam ditunjukkan pada gambar 1 dan gambar 2 di bawah ini: 12

3 , (MPa) E (GPa), (MPa) SEMINAR NASIONAL RISET INOVATIF II, TAHUN Gambar 3.Foto SEM serat ramie tanpa perlakuan Konsentrasi NaOH, (%) Gambar 1. Kekuatan tarik serat alam rami pengaruh konsentrasi NaOH pada 1 o C selama 1 jam Konsentrasi NaOH, (%) Gambar 2.Modulus elastisitas serat akibat pengaruh konsentrasi NaOH pada 1 o C selama 1 jam Kekuatan tarik dan modulus elastisitas serat ramie mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya konsentrasi larutan NaOH. Hal ini disebabkan semakin berkurangnya kandungan lignin, pectin, hemicellulose, dan gum pada jaringan struktur serat sehingga akan menurunkan kekuatannya (Bell-Berger dkk, 1999). Pengamatan topografi permukaan serat ramie menggunakan scanning electron microscopy (SEM) menunjukkan bahwa serat ramie dengan perlakuan 5% NaOH pada 1 o C selama 1 jam pada gambar 4, memiliki permukaan yang lebih bersih dibandingkan dengan serat ramie tanpa perlakuan pada gambar 3. Peningkatan mutu permukaan serat ini disebabkan larutan NaOH berfungsi juga sebagai media pembersih. Gambar 4.Foto SEM serat ramie perlakuan 5% NaOH pada 1 o C selama 1 jam Dengan memperhatikan hasil pengujian di atas, maka parameter yang dipilih untuk proses lanjut adalah perlakuan 5% NaOH karena penurunan kekuatan tarik yang terjadi relatif paling kecil dan terjadi peningkatan mutu permukaan dibandingkan tanpa perlakuan. 4.2Pengujian Perlakuan Sizing Hasil uji tarik serat ramie akibat pengaruh pada gambar 5 dan gambar 6 menunjukkan bahwa Kekuatan tarik dan modulus elastisitas serat meningkat akibat sizing xylene seiring dengan bertambahnya lama waktu pencelupan dibandingkan dengan perlakuan awal alkali. Kekuatan tarik dan modulus elastisitas serat terbaik proses ini yaitu waktu pencelupan xylene selama 5 jam masing-masing sebesar 845,8 MPa dan 42,9 GPa Gambar 5.Kekuatan tarik serat ramie pengaruh waktu pencelupan xylene 121

4 E, (GPa), (MPa) E, (GPa) SEMINAR NASIONAL RISET INOVATIF II, TAHUN pada topografi permukaan dimana permukaan serat tampak lebih bersih Gambar 6.Modulus elastisitas serat ramie pengaruh Hasil uji tarik serat sizing natriumsilika pada gambar 7 dan gambar 8 menunjukkan bahwa hanya terjadi peningkatan kekuatan tarik dan modulus elastisitas serat ramie pada konsentrasi 5% natriumsilika dibandingkan perlakuan awal. Gambar 9.Foto SEM serat ramie tanpa perlakuan Gambar 7.Modulus elastisitas serat ramie pengaruh Gambar 1.Foto SEM serat ramie perlakuan 5% NaOH pada 1 o C selama 1 jam Gambar 11.Foto SEM serat ramie sizing xylene pencelupan selama 5 jam Gambar 8.Modulus elastisitas serat ramie pengaruh Hasil foto SEM serat ramie tanpa perlakuan pada gambar 9, dengan mendapatkan perlakuan awal 5% NaOH pada 1 o C selama 1 jam pada gambar 1, dilanjutkan dengan sizing xylene pencelupan selama 5 jam pada gambar11, menunjukkan adanya perubahan 122

5 SEMINAR NASIONAL RISET INOVATIF II, TAHUN 214 Gambar 12.Foto SEM Serat ramie sizing 5% natriumsilika pencelupan selama 2 jam Namun tidak demikian yang terjadi pada gambar 12, dimana topografi permukaan serat ramie akibat sizing 5% natriumsilika pencelupan selama 2 jam terlihat lebih kotor dengan mutu pelapisan yang kurang baik. Hal ini dapat disebabkan karena metode yang digunakan tidak tepat atau konsentrasi larutan yang terlalu besar. Cellulosic Fibers and Composites, Journal of Materials Science, vol. 36, pp Marsyahyo, E., Soekrisno, R., Jamasri and Rochardjo, H.S.B., 25, Penelitian Awal Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Kekuatan Tarik dan Model Perpatahan Serat Tunggal Ramie (Boehmeria Nivea), Prosiding SMNP, Yogyakarta Nugraha, I.N.P., Marsyahyo, E. and Rochardjo, H.S.B., 25, Pengaruh Perlakuan Kimia pada Serat Alam Rami terhadap Kekuatan Tarik Serat Tunggal, Prosiding SNPRTI, Yogyakarta Smallman, R.E. and Bishop, R.J., 1999, Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering, 6th edition, Reed Education and Prof. Pub. Ltd. Wang, B., Panigrahi, S., Tabil, L., Crerar, W., Sokansanj, S. and Braun, L., 23, Modification of Flax Fibers by Chemical Treatment, CSAE/SCGR 23 meeting, Paper no Simpulan 1. Parameter perlakuan awal serat yang digunakan adalah perlakuan alkali 5% NaOH pada 1 o C selama 1 jam karena menunjukkan peningkatan mutu permukaanserat dibandingkan tanpa perlakuan. Penurunan kekuatan tarik dan modulus elastisitasnya masih relatif lebih rendah dibandingkan konsentrasi NaOH yang lain. 2. Terjadi peningkatan kekuatan tarik serat sebesar 7 sampai 8% akibat sizing xylene pencelupan 5 jam dan 5% natriumsilika pencelupan 2 jam dibandingkan perlakuan awal alkali 5% NaOH. 6. Daftar Pustaka Bel-Berger, P., Hoven, T.V., Ramaswamy, G.N., Kimmel, L. and Boylston, E., 1999, Textile Technology Cotton/Kenaf Fabrics: a Viable Natural Fabric, The Journal of Cotton Science, vol. 3, pp. 6-7 Clark, R. L. Jr, 1996, Influence of the Interphase on the Mechanical Properties of Nylon 66 Composites, Dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia Eichorn, S.J., Zafeiropoulus, C.A.B.N., Ansel, L.Y.M.M.P., Entwistle, K.M., Escamilla, P.J.H.F.G.C., Groom, L., Hill, M.H.C., Rials, T.G. and Wild, P.M., 21, Review Current International Research into 123