Penggunaan Eceng Gondok Rawa Pening Ambarawa Untuk Cooling Pad Komposit Menggunakan Metode Kompaksi

Transkripsi

1 Penggunaan Eceng Gondok Rawa Pening Ambarawa Untuk Cooling Pad Komposit Menggunakan Metode Kompaksi Joko Suwignyo 1 *, Ngubaidi Achmad 2 *Pendidikan Teknik Mesin-Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan- IKIP Veteran Semarang Jl. Pawiyatan Luhur IV No. 17 Semarang jokosuwignyu@gmail.com Abstrak Serat alam banyak dimanfaatkan di bidang teknologi material. Serat alam sebagai penguat material komposit. Komposit memiliki sifat ringan, kuat, elastis, dan tangguh. Kekurangan serat alam pada kekuatan yang tidak merata. Jenis serat alam yang banyak dipakai yaitu sisal, flex, hemp, jute, rami, kelapa, dan eceng gondok. Eceng gondok rawa pening memiliki kekuatan tarik yang tinggi yaitu 19 N/mm2 dan tahan temperatur 50 o C. Bahan komposit eceng gondok sebagai bahan eksterior mobil, elektronik, dan perlengkapan komputer. Penggunaan serat alam eceng gondok Rawa Pening Ambarawa sudah banyak dimanfaatkan, tetapi untuk perlengkapan komputer belum pernah dilakukan. Pada riset ini, ingin memanfaatkan eceng gondok Rawa Pening untuk pembuatan cooling pad komposit yang tahan beban, ringan, kuat dan temperatur tinggi. Tujuan penelitian ini adalah menganalisa antara serat dan serbuk eceng gondok, pengaruh penamabahn fraksi volume, dan tekanan kompaksi terhadap kekuatan mekanik cooling pad komposit. Metode penelitian ini dengan memvariasi serat dan serbuk eceng gondok, fraksi volume 20, 30, dan 40% penguat, dan tekanan kompaksi. Hasil uji mekanik yang paling baik pada komposisi cooling pad komposit B1 pada tekanan kompaksi 200 Kpa memiliki kekuatan mekanik paling besar yaitu kekuatan tarik 26,5 N/mm2, uji impak 0, J/mm2, dan uji fatik 27,1 Mpa. Bertambahnya kekuatan tekan kompaksi, fraksi volume dan serat eceng gondok meningkatkan kekuatan mekanik cooling pad komposit, sehingga memiliki kwalitas baik. Keyword: eceng gondok, cooling pad, kompaksi, rawa pening, serat. 1. PENDAHULUAN Serat alam banyak dimanfaatkan di bidang teknologi material. Serat alam sebagai penguat (reinforcement) material komposit. Komposit memiliki sifat ringan, kuat, elastis, dan tangguh (Budha dkk, 2011). Kekurangan serat alam pada kekuatan yang tidak merata (Bakri dkk, 2012). Jenis serat alam yang banyak dipakai yaitu sisal, flex, hemp, jute, rami, kelapa, dan eceng gondok (Budha dkk, 2011). Eceng gondok berpotensi sebagai penguat komposit. Penelitian Achmad Bagir dkk (2011), eceng gondok rawa pening memiliki kekuatan tarik yang tinggi yaitu 19 N/mm 2 dan tahan temperatur 50 o C. Bahan komposit hasil penggabungan dua jenis atau lebih bahan dengan sifat berbeda dalam keadaan terpisah. Komposit terdiri dari matriks dan bahan penguat (Jones RM., 1975). Matriks dalam komposit berfungsi untuk mendistribusikan beban kedalam seluruh material penguat komposit. Sifat matriks biasanya ulet (ductile). Bahan penguat berperan menahan beban yang diterima oleh material komposit. Sifat bahan penguat biasanya kaku dan tangguh. Faktor yang mempengaruhi performa komposit serat yaitu jenis serat, bentuk serat, dan panjang serat (Gibson OF, 1994). Para peneliti sedang menggembangkan komposit polimer berbasis serat-serat alam. Bahan komposit MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 102

2 digunakan sebagai bahan eksterior mobil, elektronik, dan perlengkapan komputer (Aji dkk, 2009). Bahan komposit polimer serat alam dengan kekuatan 40% lebih kuat dan ringan dari pada komposit polimer-serat gelas (Jamasri dkk, 2006). Ini bisa mengurangi bobot total kendaraan atau perlengkapan elektronik. Serat alam memiliki kekuatan dan ketangguhan tinggi (Gibson OF, 1994). Penggunaan serat alam eceng gondok Rawa Pening Ambarawa sudah banyak dimanfaatkan, tetapi untuk perlengkapan komputer belum pernah dilakukan. Pada riset ini, ingin memanfaatkan eceng gondok Rawa Pening untuk pembuatan cooling pad komposit yang tahan beban, ringan, kuat dan temperatur tinggi. 2. METODOLOGI PENELITIAN Riset yang dilakukan mengikuti diagram alir pada Gambar 1. Penguat eceng gondok yang dipakai jenis serbuk dan serat. Komposisi campuran matrik dan penguat 60%:40%, 70%:30%, dan 80%:20%. Tekanan kompaksi cetakan 100 dan 200 kpa. Pengujian yang dilakukan uji tarik, impak, dan fatik. Pembuatan Colling Pad komposit dengan variabel yang berbeda, meliputi komposisi paduan antara resin poliester dan penguat eceng gondok, jenis penguat, dan tekanan kompaksi cetakan, yang disajikan pada Tabel 1. Gambar 1. Diagram Alir Penelitian Proses pembuatan cooling pad komposit untuk eceng gondok dikeringkan selama ± 10 hari. Pengambilan serat eceng gondok dengan menggunakan bantuan sikat kawat. Serat MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 103

3 dan serbuk eceng gondok dapat terpisah. Serat dan serbuk eceng gondok dicampur dengan resin poliester dengan tambahan katalis dan kobalt. Komposisi tambahan katalis dan kobalt 7% dan 5% dari berat resin poliester. Proses pencampuran menggunakan blender dengan waktu ± 5 menit. Cetakan cooling pad dioles wax mold release untuk memudahkan pengambilan benda dari cetakan. Tuangkan campuran material komposit cetakan secara merata. Tutup cetakan dengan pasangan cetakan bagian atas. Kompaksi cetakan menggunakan press hidrolik dengan tekanan 100 dan 200 kpa, bagaimana ditunjukan pada Gambar 2.a. Tabel 1. Variabel pembuatan cooling pad komposit Tahap Pengujian A B Jenis Penguat Serbuk Serat Komposisi Paduan Komposit (%) Tekanan kompaksi (Kpa) Pengujian 60% :40% 70% :30% 80% :20% 60% :40% 70% :30% 80% :20%, Uji Tarik 2. Uji Impak 3. Uji Fatik 1. Uji Tarik 2. Uji Impak 3. Uji Fatik Proses pengeringan dibawah sinar matahari selama 5 10 jam. Proses pengambilan cooling pad komposit dari cetakan menggunakan obeng (-). Periksa cooling pad selanjutnya pembuatan Spesimen uji. Hasil cetak cooling pad komposit diperlihatkan pada Gambar 2.b. (a) (b) Gambar 2. Pembuatan Cooling pad komposit a). Kompaksi, b) hasil cetak 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Uji Tarik Persiapan spesimen uji tarik menggunakan standar ASTM D638 M. Serbuk eceng gondok diayak dengan nomor ayakan 200 dengan keluaran serbuk 75 µm. Untuk serat eceng gondok dengan panjang 1 cm dipasang random atau acak. Hasil pengujian tarik cooling pad komposit dapat dilihat pada Tabel 2. Kekuatan tarik yang paling tinggi dimiliki oleh komposisi cooling pad komposit dengan penguat serat 60%:40% diberi kode A1. MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 104

4 Kekuatan tariknya mencapai 26,5 Mpa pada tekanan kompaksi 200 Kpa. Untuk tekanan kompaksi 100 Kpa kekuatan tarik 25 Mpa. Menurunya tekanan kompaksi menjadikan kekuatan tarik mengalami penurunan. Tabel 2. Hasil uji tarik cooling pad komposit Komposisi Cooling Pad Kekuatan Tarik (N/mm 2 ) Komposit 100 KPa 200 KPa Serbuk 60% :40% (A1) Serbuk 70% :30% (A2) 20 21,5 Serbuk 80% :20% (A3) Serat 60% :40% (B1) 25 26,5 Serat 70% :30% (B2) 23,5 26 Serat 80% :20% (B3) Tekanan kompaksi dapat menurunkan porositas dan meningkatkan densitas material cooling pad komposit (Herrera-Franco, PJ., Valadez-González, A., 2004). Interface antar muka matrik resin poliester dan penguat eceng gondok lebih kuat, void rendah, dan pori-pori lebih kecil. Komposisi cooling pad komposit baik pada serbuk dan serat mempengaruhi kekuatan tarik. Meningkatnya fraksi volume penguat eceng gondok membuat kekuatan tarik bertambah. Komposisi cooling pad komposit A1 dan B1 dengan fraksi volume eceng gondok mencapai 40% dan tekanan kompaksi 200 Kpa memiliki kekuatan paling besar yaitu 26,5 Mpa dan 25 Mpa. Berkurangnya penguat eceng gondok menjadikan kekuatan tarik menurun. Komposisi A2 dan B2 dengan prosentasi fraksi volume 30 % pada tekanan kompaksi yang sama memiliki kekuatan tarik 21,5 Mpa dan 26 Mpa, terjadi penurunan 4% dan 5 %. Menurunya kekuatan tarik dipengaruhi presentase fraksi volume penguat eceng gondok diperlihatkan pada Gambar 3. Fraksi volume dapat meningkatkan kekuatan tarik dan memperkecil porositas (Boimau K, 2009). Kekuatan tarik juga dipengaruhi oleh jenis penguat serat eceng gondok. Penguat serat eceng gondok dengan panjang 1 cm memiliki kekuatan tarik lebih besar dari pada penguat serbuk eceng gondok. Penguat serat untuk luas interface lebih besar dari dari pada serbuk menyebabkan bertambahnya ikatan antara dua material komposit. Bertambahnya luas ikatan antar matrik dan penguat menambah kekuatan tarik cooling pad komposit (Gibson OF,1994). MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 105

5 kekuatan tarik (N/mm2) Vol : XXII, No : 1, MEI 2015 Hasil Uji Tarik Cooling Pad komposit KPa 200 KPa 5 0 A1 A2 A3 B1 B2 B3 Gambar 3. Hasil uji tarik cooling pad komposit 3.2 Uji Impak Pengujian impak menggunakan referensi ASTM D dengan impak Izot. Metode ini mengukur energi yang diserap untuk mematahkan spesimen uji. Beban kejut membentur seluruh permukaan spesimen uji sehingga terjadi deformasi plastik yang mengakibakan perpatahan. Hasil pengujian impak cooling pad komposit yang paling tinggi pada tekanan kompaksi 200 Kpa. Tekanan kompaksi yang tinggi mempengaruhi kemampuan material menyerap energi beban kejut dan mengurangi deformasi plastik (Gibson, Ronald F, 1994). Kekuatan impak paling tinggi pada komposisi cooling pad komposit B1 pada tekanan kompaksi 200 Kpa sebesar 0, J/mm 2. Tekanan kompakasi 100 Kpa mengalami penurunan menjadi 0, J/mm 2 atau turun 15%. Ini terjadi pada penguat serat dan serbuk eceng gondok. Prosentasi fraksi volume komposisi cooling pad mempengaruhi kekuatan impak, bagaimana diperlihatkan pada Gambar 4. Material komposit A1 dan B1dengan fraksi volume eceng gondok mencapai 40% pada tekanan kompaksi 200 Kpa memiliki kekuatan impak paling besar yaitu 0, J/mm 2 dan 0, J/mm 2. Menurunya fraksi volume penguat eceng gondok menjadikan kekuatan impak menurun. Komposisi A2 dan B2 dengan prosentasi fraksi volume 30 % pada tekanan kompaksi yang sama memiliki kekuatan tarik 0, J/mm 2 dan 0, J/mm 2. Meningkatnya Prosentase fraksi volume penguat dapat meningkatkan kekuatan impak dan memperkecil porositas (Jamasri dkk, 2006). Komposit menerima beban kejut impak yang mampu diredam energinya oleh penguat eceng gondok (Kongkeaw P et. Al, 2011) MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 106

6 Kekuatan Fatik (MPa) Kekuatan Impak (J/mm2) Vol : XXII, No : 1, MEI Hasil Uji Impak Cooling Pad Komposit A1 A2 A3 B1 B2 B3 100 KPa 200 KPa Gambar 4. Hasil uji impak cooling pad komposit Penguat serat eceng gondok memiliki kekuatan impak atau beban kejut lebih besar dari pada penguat serbuk eceng gondok. Penguat mendapat beban kejut langsung, sehingga semakin besar fraksi volume penguat dan panjang penguat meningkatkan kekuatan material komposit untuk berubah bentuk atau deformasi. Penguat serat untuk luas interface lebih besar dari dari pada serbuk menyebabkan bertambahnya ikatan antara dua material komposit (Diharjo Kuncoro, 2007). 3.3 Uji Fatik Uji fatik atau lelah (fatigue test) cooling pad menggunakan standar ASTM E Mesin uji dinamis dengan penggerak hidrolik. Pengujian fatik dengan memberi beban aksial sinus 80 Mpa sampai tegangan tariknya 50 MPa, dengan frekuensi 20 Hz. Pengujian fatik untuk hasilnya sama dengan pengujian tarik. Meningkatnya kekuatan fatik atau leleh dipengaruhi oleh tekanan kompaksi, fraksi volume dan jenis penguat. Kekuatan fatik yang paling tinggi dimiliki oleh fraksi volume penguat serat 60%:40% diberi kode B1 pada tekanan 200 Kpa sebesar 27,1 Mpa. Untuk tekanan kompaksi 100 Kpa kekuatan tarik 25,5 Mpa. Menurunya tekanan kompaksi menjadikan kekuatan fatik mengalami penurunan, bagaimana diperlihatkan pada Gambar 5. Hasil Uji Fatik Cooling Pad Komposit KPa KPa 5 0 A1 A2 A3 B1 B2 B3 Gambar 5. Hasil uji impak cooling pad komposit MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 107

7 Tekanan kompaksi dapat meningkatkan densitas dan kekerasan material cooling pad komposit (Purboputro, Pramuko I, 2006). Ini bisa dilihat ikatan antar muka resin poliester dan penguat eceng gondok yang lebih kuat, void rendah, dan pori-pori lebih kecil. Meningkatnya fraksi volume penguat eceng gondok membuat kekuatan impak bertambah. Komposisi cooling pad komposit A1 dan B1 dengan fraksi volume eceng gondok mencapai 40% dan tekanan kompaksi 200 Kpa memiliki kekuatan paling besar. Berkurangnya penguat eceng gondok menjadikan kekuatan tarik menurun. Komposisi A2 dan B2 dengan prosentasi fraksi volume 30 % pada tekanan kompaksi yang sama memiliki kekuatan impak 22 Mpa dan 26,8 Mpa terjadi penurunan 1 % dan 2 %. Fraksi volume berkurang menjadikan kekuatan kekuatan impak rendah dan porositas besar (Boimau K, 2009). Kekuatan impak rendah dipengaruhi jenis penguat serat eceng gondok. Penguat serat eceng gondok memiliki kekuatan tarik lebih besar dari pada penguat serbuk eceng gondok. Penguat serat memiliki luas interface lebih besar menyebabkan bertambahnya ikatan antara dua material komposit (Gibson OF,1994). 4. KESIMPULAN 1. Bertambahnya kekuatan tekan kompaksi, fraksi volume dan serat eceng gondok meningkatkan kekuatan mekanik cooling pad komposit. 2. Komposisi cooling pad komposit B1 pada tekanan kompaksi 200 Kpa memiliki kekuatan mekanik paling besar yaitu kekuatan tarik 26,5 N/mm 2, uji impak 0, J/mm 2, dan uji fatik 27,1 Mpa. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional Republik Indonesian yang telah memberikan dana untuk Penelitian Dosen Pemula tahun anggaran DAFTAR PUSTAKA ASTM D , Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. ASTM E Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials ASTM D , Standard Test Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics. Budha Maryanti, A. As ad Sonief, Slamet Wahyudi, 2011, Pengaruh Alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan Tarik, Jurnal Rekayasa Mesin Vol.2, No. 2, ISSN X. MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 108

8 Bakri, Mohammad Iqbal, Mohammad Rifki, 2012, Analisis Variasi Panjang Serat Terhadap Kuat Tarik Dan Lentur Pada Komposit Yang Diperkuat Serat Agave Angustifolia Haw, Jurnal Mekanikal, Vol. 3 No. 1: Januari: ISSN Boimau K, 2009, Pengaruh Fraksi Volume dan Panjang Serat terhadap Sifat Bending Komposit Poliester yang Diperkuat Serat Batang Pisang, Seminar Nasional Tahunan Teknik Diharjo Kuncoro, 2007, Pengaruh kekuatan alkali terhadap sifat tarik bahan komposit serat rami-polyester, proseding seminar teknik mesin universitas kristen petra, Surabaya. Gibson,O.F.,1994. Principle of Composite Materials Mechanics,McGraw-Hills Inc.,New Jones, M.R.,1975,Mechanic of Composite Materials,McGraw Hill Kogakusha, Ltd. King, J.E. (1989). Metal and Material, 720-6, Institute of Materials. Jamasri, Diharjo K., dan Gunesti W.H, Rekayasa dan Manufaktur Komposit Sandwich Berpenguat Limbah Serat Buah Sawit Dengan Core Limbah Kayu Sawit Untuk Komponen. Herrera-Franco, PJ., Valadez-González, A., 2004, Mechanical Properties of Continuous Natural FibreReinforced Polymer Composites, Composites A: Applied Science & Manufacturing, 35(3), Kongkeaw P., Nhuapeag W., Thamajaree W.,. 2011, The Efect of Fiber Length on Tensile Properties of Epoxi Resin Composite Reinforced by the Fibers Bamboo, Journal of the Microscopy Society of Thailand 4(1),pp Purboputro, Pramuko I, 2006, Pengaruh panjang serat terhadap kekuatan impak komposit eceng gondok dengan matrik poliester, jurusan teknik mesin UMS. MAJALAH ILMIAH PAWIYATAN 109