STUDI EKSPERIMEN KEKUATAN MEKANIK DAUN NANAS HUTAN DENGAN METODE PENGUJIAN TARIK Firman 1, Muhammad Hasbi 2, Prinob Aksar 3

Transkripsi

1 STUDI EKSPERIMEN KEKUATAN MEKANIK DAUN NANAS HUTAN DENGAN METODE PENGUJIAN TARIK Firman 1, Muhammad Hasbi 2, Prinob Aksar 3 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo 2 3 Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo Jln. H.E.A Mokodompit, Kampus Bumi Tridarma Andonohu, Kendari oyokfirman@gmail.com Abstrak Tujuan penelitian ini untuk mengetahui kekuatan serat daun nanas hutan dengan perlakuan NaOH, matahari dan udara. Penelitian ini menggunakan bahan serat daun nanas hutan. Perlakuan spesimen direndam dengan larutan NaOH pada konsentrasi 5%, sinar matahari dan udara masing-masing selama 2 jam. Pengujian spesimen berdasarkan standar ASTM D untuk spesimen uji tarik. Perlakuan NaOH berpengaruh terhadap kekuatan tarik serat daun nanas hutan. Pengujian menunjukan nilai uji tarik tertinggi terdapat pada serat daun nanas dengan perlakuan NaOH sebesar 78,17403 N/mm 2 yang kekuatan tariknya cenderung meningkat setelah mengalami perlakuan alkali (NaOH).Perlakuan udara dan matahari kurang berpengaruh terhadap kekuatan tarik serat daun nanas hutan. Pengujian menunjukkan nilai ujik tarik serat daun nanas hutan perlakuan matahari sebesar 71,20283 N/mm 2 dan nilai ujik tarik serat daun nanas hutan perlakuan udara sebesar 43,84033 N/mm 2 yang lebih rendah dibandingkan serat daun nanas perlakuan NaOH. Kata kunci : Serat daun nanas hutan, NaOH dan kekuatan tarik. Abstract The purpose of this research is to know the strength of pineapple forest leaf fiber with NaOH treatment.this research material used of forest pineapple fiber. The treatment of the specimen was carried by immersion with 5% NaOH solution, sun and air, respectively for 2 hours. The specimen test was made based on ASTM D standard for tensile test specimens.naoh tretment effect on tensile strength of peneaple forest leaf fiber. The test result showed that the highest tensile test value was found on the specimen with NaOH treatment of N/mm 2. Whose tensile strength tends inncrease after experiencing alkali treatment (NaOH). Tretment of air and sun less influence of tensile strength of peneapple leaf fiber. Then value of tensile test of sunlight pineapple forest N/mm 2 and the value of tensile test of pineapple leaves for air treatment forest of N/mm 2. Keywords : Forest pineapple leaf fiber, NaOH and tensile strength. 1. Pendahuluan Komposit serat alam memilki keunggulan lain bila dibandingkan dengan serat gelas, komposit serat alam sekarang banyak digunakan karena jumlahnya banyak, lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami, harganya pun lebih murah dibandingkan serat gelas Munandar, Imam Dkk. 2013). Dengan semakin berkembangnya inovasi dalam pembuatan suatu produk yang menggunakan material yang berasal dari sumber daya alam yang dapat diperbarui, diharapkan akan mempermudah proses pembuatannya, ramah lingkungan dan dapat menghemat biaya produksi namun tetap menghasilkan suatu produk yang berkualitas. Pemanfaatan serat alam (natural fibers) seperti serat ijuk, kenaf, serat sabut kelapa, serat bambu, abaca, rosella, serat nanas, serat jerami, serat pisang dan serat alami yang lain yang biasa dimanfaatkan sebagai material temuan yang bersifat inovatif, bahkan gagasan yang terutama untuk bahan baku industri material komposit, yakni serat nanas. 1

2 Serat daun nanas (pineapple leaf fibres) adalah salah satu jenis serat yang berasal dari tumbuhan (vegetable fibre) yang diperoleh dari daun-daun tanaman nanas. Tanaman nanas yang juga mempunyai nama lain, yaitu Ananas Cosmosus, (termasuk dalam family Bromeliaceae), pada umumnya termasuk jenis tanaman semusim. Di Indonesia tanaman tersebut sudah banyak dibudidayakan, terutama di pulau Jawa dan Sumatera yang antara lain terdapat di daerah Subang, Majalengka, Purwakarta, Purbalingga, Bengkulu, Lampung dan Palembang, yang merupakan salah satu sumber daya alam yang cukup berpotensi (Hidayat, 2008). 2. Dasar Teori Serat adalah suatu benda yang berbanding panjang diameternya sangat besar sekali. Serat merupakan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan benang dan kain. Serat alam yaitu serat yang langsung diperoleh di alam contonya dari binatang, tumbuh-tumbuhan, dan mineral. Serat alam digolongkan lagi menjadi : a) Serat Tumbuhan (selulosa) b) Serat Protein c) Serat sutera Morfologi Tanaman Nanas Daun nanas berbentuk seperti pedang, tidak memiliki tulang. Daun nanas tumbuh pada batang dengan bentuk susunan spiral arah putaran ke kanan dan kekiri yang menuju keatas. Ujung daun meruncing, permukaan daun berwarna hijau tua, merah tua, bergaris coklat atau kemerahan tergantung varietas. Permukaan bawah daun berwarna keperakan karena adanya trikoma dalam jumlah yang sangat banyak (Lisdiana dan Soemadi, 1997). Serat nanas adalah salah satu jenis serat yang berasal dari tumbuhan vegetable fibre) yang diperoleh dari daun-daun tanaman nanas. Tanaman nanas yang juga mempunyai nama lain, yaitu Ananas cosmosus, (termasuk dalam famili Bromeliaceae), pada umumnya termasuk jenis tanaman semusim (Hidayat, 2008). Pengambilan serat daun nanas pada umumnya dilakukan pada usia tanaman berkisar antara 1 sampai 1,5 tahun. Serat yang berasal dari daun nanas yang masih muda pada umumnya tidak panjang dan kurang kuat. Sedang serat yang dihasilkan dari tanaman nanas yang terlalu tua, terutama tanaman yang pertumbuhannya di alam terbuka dengan intensitas matahari cukup tinggi tanpa pelindung, akan menghasilkan serat yang pendek kasar dan getas atau rapuh (short, coarse and brittle fibre). Oleh sebab, itu untuk mendapatkan serat yang kuat, halus dan lembut perlu dilakukan pemilihan pada daun-daun nanas yang cukup dewasa yang pertumbuhannya sebagian terlindung dari sinar matahari (Hidayat, 2008). Pengujian Sifat Mekanik Sifat mekanik material merupakan salah satu faktor terpenting yang mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan pada material terbagi dua yaitu beban statik dan beban dinamik. Sifat mekanik material mencerminkan hubungan antara beban atau gaya terhadap deformasinya. Sifat-sifat mekanik maaterial diantaranya: 1). Kekuatan (tarik, tekan, geser, fleksural, dan tekuk), 2). Impak; fatik/kelelahan; 3). Keuletan/kerapuhan; 4). Kekerasan; 5). Ketahanan aus (Bondan T. Sofian, 2010). Kekuatan Tarik Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui tegangan, regangan, modulus 2

3 elastisitas bahan dengan cara menarik spesimen sampai putus/patah. Selama proses pengujian, spesimen mengalami deformasi elastis dan deformasi plastik. Deformasi elastis terjadi diawal pembebanan ketika pembebanan masih sangat rendah, dimana tegangan dan regangan berbanding lurus mengikuti kaidah Hukum Hooke. Deformasi elastis bersifat tidak permanen ketika beban dilepas, spesimen akan kembali kebentuk awal. Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik atau dengan universal testing standar (standar) (Bondan T. Sofian, 2010). Pengujian ini menggunakan standar pengujian ASTM D Hubungan antara tegangan dan regangan pada beban tarik ditentukan dengan rumus sebagai berikut (Bondan T. Sofian, 2010). F=. atau = F Dimana : F = beban (N). A = luas penampang (mm 2 ). 3. Metodologi Penelitian (1) Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo. Penelitian ini dilaksanakan dengan mengikuti alur diagram alir pada gambar 4. Adapun bahan yang gunakan adalah serat daun nanas hutan dan NaOH (Natrium Hydroxida) konsentrasi 5%. Sedangkan alat yang digunakan adalah mesin alat uji tarik, timbangan digital, jangka sorong digital, alat pemotong (parang) dan alat bantu lain (gunting, spidol, penggaris, pisau). Memilih serat daun yang umurnya tidak tua dan tidak muda tetapi yang umurnya dewasa. Adapun proses pengambilan serat dilakukan dengan cara memotong daun nanas dari pohonnya dengan menggunakan parang dan kemudian memotongnya lagi menjadi beberapa bagian sesuai dengan ukuran yang dinginkan. Setelah terpotong-potong kemudian dibelah. Hal ini dilakukan untuk mempermudah pengambilan serat. Gambar 1. Proses penyediaan dan pemilihan serat Serat daun nanas kemudian dipotongpotong dengan menggunakan gunting sesuai standar ASTM D Kemudian serat diambil sebanyak sepuluh helai. Gambar 2. Proses pembuatan spesimen uji Tahapan selanjutnya adalah serat direndam dengan larutan NaOH dengan konsentrasi 5% selama 2 jam untuk perlakuan alkali (NaOH) dengan tujuan untuk menghilangkan kandungan wax, lignin, hemiselulosa, dan kotoran lainya. Selanjutnya serat dibilas dengan air bersih (aquades). Selanjutnya tahap finishing, dimana dilakukan proses pengujian dan pengambilan data. 3

4 Gambar 3. Proses perlakuan NaOH 5% Adapun diagram alir yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Jumlah Helai Serat 10:10 Perlakuan Serat Diameter (mm) Sebelum Sesudah NaOH 0,90 0,80 Matahari 0,90 0,86 Udara 0,90 0,88 Kekuatan Tarik (N/mm 2 ) 76,451 83,986 74,085 77,306 74,703 61,599 47,699 43,863 39,959 Rata-rata (N/mm 2 ) 78,174 71,203 43,840 Dapat dilihat nilai kekuatan tarik ratarata dari masing-masing serat daun nanas hutan. Nilai rata-rata kekuatan tarik tertinggi terdapat pada serat daun nanas hutan perlakuan NaOH, sebesar 78,174 N/mm 2. Pada serat daun nanas hutan dengan perlakuan matahari nilai rata-rata kekutan tariknya sebesar 71,203 N/mm 2 dan nilai rata-rata kekuatan tarik serat daun nanas hutan perlakuan udara sebesar 43,840 N/mm 2. Gambar 4. Diagram alir 4. Hasil dan Pembahasan Tabel. Data hasil uji tarik pada masingmasing perlakuan serat daun nanas hutan. Gambar 5. Grafik hubungan nilai kekuatan tarik vs perlakuan serat Kekuatan tarik tertinggi pada serat daun nanas hutan dengan perlakuan NaOH disebabkan karena perlakuan NaOH, ini bertujuan untuk melarutkan lapisan yang menyerupai lilin di permukaan serat, seperti lignin, hemiselulosa, dan kotoran lainnya. Dengan hilangnya lapisan lilin ini maka ikatan antara serat menjadi lebih kuat, sehingga kekuatan tarik menjadi lebih tinggi. Selain itu, peningkatan kekuatan tarik serat daun nanas hutan setelah mengalami perlakuan NaOH terjadi karena 4

5 adanya peningkatan kekakuan serat. Kekakuan serat meningkat karena peningkatan kandungan selulosa (senyawa yang tidak mudah larut) dan berkurangnya kandungan unsur lain seperti hemiselulosa (senyawa yang mudah larut) dan lignin (zat kayu). Peningkatan kekuatan ini juga disebabkan oleh terjadinya hidrolisis dari komponen amorf (padatan yang tidak mempunyai bentuk) dalam serat sehingga kandungan selulosa meningkat. Hilangnya komponen hemiselulosa akibat oleh perlakuan alkali maka fibril (serat halus) tertata ulang menjadi lebih kompak, menghasilkan rantai seluler yang lebih baik. Penataan ini menyebabkan diameter serat menjadi lebih kecil. Permukaan serat juga menunjukkan serat daun nanas yang mengalami perlakuan alkali (NaOH) terlihat lebih kasar daripada serat daun nanas hutan yang tidak mengalami perlakuan alkali (NaOH) (Witono, K., dkk, 2013). Kekuatan tarik terendah kedua pada serat daun nanas hutan dengan perlakuan matahari disebabkan karena tingkat panas dan radiasi matahari yang tidak konstan. Selain itu, masih terdapatnya isi atau daging yang masih melekat pada serat sehingga serat belum terurai secara utuh. Apabila temperatur naik, maka kekuatan tariknya akan turun. Serat yang tidak mengalami perlakuan alkali juga dapat mengalami penurunan kekuatan tarik karena pada serat lapisan kotoran pada permukaan menghalangi ikatan antara serat. Kekuatan tarik paling terendah pada serat daun nanas hutan dengan perlakuan udara disebabkan karena tingkat kelembaban dan suhu udara luar yang tidak stabil dan masih terdapatnya kandungan air yang melekat pada serat tersebut. Pengaruh kelembaban ini akan mengakibatkan bertambahnya absorbs air, akibatnya tegangan akan menurun. Molekul-molekul air yang terserap pada serat menyebabkan terjadinya kerusakan pada serat tersebut yang mana mudah mengalami pembusukan. Pada serat perlakuan udara juga antara serat menjadi tidak sempurna karena terhalang oleh adanya lapisan yang menyerupai lilin di permukaan serat. Unsur tersebut dimana lilin merupakan unsur lemah pada serat yang bersifat mengurangi ikatan serat. Gambar 6. Grafik hasil uji tarik perlakuan NaOH Gambar 7. Grafik hasil uji tarik perlakuan matahari 5

6 Gambar 8. Grafik hasil uji tarik perlakuan udara Dari grafik hasil uji tarik pada Gambar 6, dapat dilihat bahwa kekuatan tariknya sebesar 83,986 N/mm 2. Perlakuan ini putus secara getas karena putusnya pada material yang diawali terjadinya retakan secara cepat dan bidang patahan relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik. Hal ini dikarenakan fibril (serat halus) pada serat kuat. Fibril ini terlepas dari ikatannya dan terputus pada saat bersamaan (fibril terputus secara serentak). Patah getas dicirikan dari arah perambatan retak yang tegak lurus dengan arah tegangan tarik yang bekerja dan menghasilkan permukaan patah yang relatif rata. Patah getas terjadi tanpa ada deformasi yang cukup besar dan mengalami perambatan retak yang cepat. Retak seperti itu disebut retak tidak stabil dan perambatan retak ketika dimulai akan berlanjut kontinyu secara spontan tanpa penambahan tegangan yang bekerja. Patah getas pada serat perlakuan NaOH juga terjadi karena pada perendaman alkali hanya terjadi pelarutan unsur-unsur selain unsur selulosa seperti hemiselulosa, lignin, pektin dan lain-lain. Hal tersebut akan meningkatkan kekakuan serat. Dari grafik hasil uji tarik pada Gambar 7 dapat dilihat bahwa kekuatan tariknya sebesar 74,703 N/mm 2. Perlakuan ini putus secara getas karena putusnya pada material yang diawali terjadinya retakan secara cepat dan bidang patahan relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik. Hal ini dikarenakan fibril (serat halus) pada serat kuat. Fibril ini terlepas dari ikatannya dan terputus pada saat bersamaan (fibril terputus secara serentak). Terjadinya dalam waktu singkat atau cepat. Di kehidupan nyata dinilai lebih berbahaya karena terjadi tanpa disadari begitu saja sehingga tidak tampak gejalagejala material tersebut akan putus. Terjadi pada material yang memiliki komposisi karbon yang sangat tinggi sehingga sangat kuat namun rapuh Dari grafik hasil uji tarik pada Gambar 8 dapat dilihat bahwa kekuatan tariknya sebesar 43,863 N/mm 2. Perlakuan ini putus secara ulet dan terjadinya patah relatif lebih lama. Patah ulet ini ditandai dengan adanya deformasi plastis yang cukup besar di sekitar patahan dan bidang patahan relatif tidak tegak lurus seperti halnya pada perlakuan NaOH dan matahari. Selain itu, perlakuan pada material juga mempengaruhi jenis patahan yang dihasilkan sehingga tidak dapat diberikan beban yang besar karena patah ulet ini diakibatkan oleh beban statis yang diberikan pada material, jika beban dihilangkan maka penjalaran retakan berhenti. Proses pemanjangan retakan ini terjadi cukup lama dan bisa dikatakan cukup stabil. Kesimpulan Adapun kesimpulan dari penelitian ini yaitu perlakuan NaOH berpengaruh terhadap kekuatan tarik serat daun nanas hutan. Pengujian menunjukan nilai uji tarik tertinggi terdapat pada serat daun nanas. dengan perlakuan NaOH sebesar 78,174 N/mm 2 yang kekuatan tariknya cenderung meningkat setelah mengalami perlakuan alkali (NaOH). 6

7 Perlakuan udara dan matahari kurang berpengaruh terhadap kekuatan tarik serat daun nanas hutan. Pengujian menunjukkan nilai ujik tarik serat daun nanas hutan perlakuan matahari sebesar 71,203 N/mm 2 dan nilai ujik tarik serat daun nanas hutan perlakuan udara sebesar 43,841 N/mm 2 yang lebih rendah dibandingkan serat daun nanas perlakuan NaOH. Saran Berdasarkan hasil penelitian pada studi eksperimen kekuatan serat daun nanas hutan dengan metode pengujian tarik, maka kami menyarankan sebaiknya: 1. Dilakukan penelitian-penelitian lebih lanjut terkait potensi dari serat alam khususnya serat daun nanas hutan agar dapat mengembangkan potensi dari serat alam tersebut sebagai bahan pengganti serat sintetis. 2. Dapat dilakukan penelitian lanjutan sebagai dasar pertimbangan untuk merancang pembuatan material komposit yang lebih efektif dan efisien. Daftar Pustaka Bondan, T. S., Pengantar Material Teknik. Depok: Penerbit Salemba Teknik. Food and Agriculture Organization (FAO) Action to Unlock Commercial Fibre Potential Multi-Stakeholder Consultation Held in Conjunction with the Intergovernmental Group on Hard Fibers and the Intergovernmental Group on Jute Kenaf and Allied Fibers. Salvador: FAO. Hidayat, P Teknologi Pemanfaatan Serat Daun Nanas Sebagai Alternatif Bahan Baku Tekstil. Universitas Islam Indonesia. Yogyakarta. Munandar, I., Savetlana, S., Sugiyanto, Kekuatan Tarik Serat Ijuk. Jurnal FEMA. Vol. 1, No. 3: Pa, D., Pell, Y.M., Bunganaen, W., Pengaruh Perendaman NaOH Lima Persen terhadap Kekuatan Tarik Serat Widuri. Jurnal Teknik Mesin Undana. Vol. 01, No.02. Renreng, I., Muchsin, A.H., Kekuatan Tarik Komposit Serat Kelapa (cocos Nucifera) dengan perlakuan curcuma domestica. Jurnal Mekanikal. Vol. 6, No. 1: Sirait Material Komposit Berbasis Polimer Menggunakan Serat Alami. Dipetik dari : Vlack L. H., Ilmu dan Teknologi Bahan. Jakarta: Erlangga. Vlack L. H., Elemen-elemen Ilmu dan Rekayasa Material. (S. Djaprie, Penerj.) Jakarta: Erlangga. Widodo Analisa Sifat Mekanik Komposit Epoksi dengan Penguat Serat Pohon Aren (Ijuk) model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random). Jurnal Teknologi Technoscintia, Vol. 1, No. 1. Wijoyo, Sugiyanto, Pramono, C., Pengaruh Perlakuan Permukaan Serat Nanas Terhadap Kekuatan Tarik dan Kemampuan Rekat Sebagai Bahan Komposit. Jurnal Mekanika. Vol. 9, No. 2. Witono, K., Irawan, Y.S.,Soenoko, R., Suryanto, H., Pengaruh Perlakuan Alkali (NaOH) terhadap Morfologi dan Kekuatan Tarik Serat Mendong. Jurnal Rekayasa Mesin. Vol. 4, No. 3 :