PENGARUH JENIS BAMBU DAN POLIMER TERHADAP ADHESIVITAS ANTARMUKA POLIMER/BAMBU

Transkripsi

1 PENGARUH JENIS BAMBU DAN POLIMER TERHADAP ADHESIVITAS ANTARMUKA POLIMER/BAMBU Prima Putra Jaya, Lizda Johar Mawarani, ST. MT JURUSAN TEKNIK FISIKA-FTI ITS-SURABAYA Abstrak Dalam pembuatan komposit polimer/bambu, adhesivitas atau interaksi antarmuka sangat menentukan sifat komposit yang dihasilkan. Oleh karena itu interaksi antarmuka ini perlu dipelajari. Dalam tugas akhir ini telah dipelajari interaksi antarmuka antara poliester dan epoksi dengan bambu apus dan bambu jawa dengan kadar air yang bervariasi, yakni %,,2%,,4%. Interaksi antarmuka yang diteliti diwakili oleh wetability dan tegangan lekatnya. Dari hasil pengujian yang dilakukan menunjukkan bahwa jenis bambu sangat berpengaruh terhadap adhesivitas antarmukanya. Bambu apus memiliki adhesivitas antarmuka yang lebih kuat dengan polimer apabila dibandingkan dengan bambu jawa. Poliester berinteraksi paling baik dengan bambu apus yang berkadar air,2%. Sedangkan epoksi berinteraksi paling baik dengan bambu apus yang berkadar air,4%. Adhesivitas antarmuka paling baik ditunjukkan oleh antarmuka epoksi dengan bambu apus yang berkadar air,4%, yaitu memiliki derajat kebasahan 12 dan tegangan lekat 1,121 MPa. Kata kunci : polimer, bambu, wetability, tegangan lekat I. PENDAHULUAN Seiring dengan kemajuan teknologi, semakin banyak bahan komposit yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Pengembangan bahan komposit terus dilakukan untuk menjawab kebutuhan akan bahan-bahan dengan sifat-sifat yang diinginkan. Dalam pengembangan tersebut, interaksi antarmuka antara matriks dengan penguat atau serat merupakan hal yang penting, karena menentukan sifat dari bahan komposit yang dihasilkan. Bambu merupakan tumbuhan yang banyak tumbuh di Indonesia, mudah didapat dan murah harganya. Jenis bambu di Indonesia sendiri juga bermacam-macam. Selain itu bambu sendiri merupakan bahan komposit yang sangat kuat bila dipakai untuk serat. Seperti halnya bambu,polimer juga memiliki karakteristik yang sangat mungkin untuk dikembangkan menjadi matriks untuk bahan komposit. Sifat polimer yang mudah dibentuk dan mudah didapat memudahkan kita untuk mengembangkan bahan tersebut. Sebagaimana hal yang telah disampaikan di atas, maka perlu diadakannya penelitian tentang bahan komposit dengan bambu sebagai serat dan polimer sebagai matriksnya. Hal yang perlu diteliti yaitu bagaimana interaksi antarmuka antara keduanya, dengan kata lain yaitu adhesivitas antarmuka keduanya. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh jenis bambu dan polimer terhadap adhesivitas antarmuka bambu-polimer. Agar penelitian ini memiliki ruang bahasan yang jelas, pembahasan dibatasi pada beberapa hal berikut: Adhesivitas diwakili oleh derajat kebasahan serta tegangan lekat. Bambu yang digunakan adalah bambu apus/tali dan bambu jawa/wulung. Polimer yang digunakan yaitu polimer polyester dan epoxy. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Polimer Polimer adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam (non-metallic material) yang penting. Saat ini bahan polimer telah banyak digunakan sebagai bahan substitusi untuk logam terutama karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah, khususnya untuk aplikasiaplikasi pada temperature rendah. Hal lain yang banyak menjadi pertimbangan adalah daya hantar listrik dan panas yang rendah, kemampuan untuk meredam kebisingan, warna dan tingkat transparansi yang bervariasi, kesesuaian desain dan manufaktur. Istilah polimer digunakan untuk menggambarkan bentuk molekul raksasa atau rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang berulangulang atau mer atau meros sebagai blok-blok penyusunnya. Molekul-molekul (tunggal) penyusun polimer dikenal dengan istilah monomer.

2 Resin merupakan bahan pembuat polimer yang belum dapat diolah menjadi bahan akhir. Untuk menjadikan resin sebagai polimer maka diperlukan komponen yang bernama katalis atau hardener. Untuk tiap resin yang berbeda, maka katalisnya juga berbeda-beda pula. Resin epoksi adalah plastik termoseting yang secara kimia mempunyai daya tahan. Epoksi ini tahan lama, lemas dan liat, dapat dibuat lapisan pelindung yang baik. Bahan ini terutama dipakai untuk cat dasar, pelapis dan pernis, serta sebagai bahan pinggiran kaleng, drum, pipa tangki, dan mobil-mobil tangki. Sebagai bahan perekat epoksi ini sangat menonjol. Resin poliester sering digunakan dalam pemakaian dalam industri perkapalan. Resin poliester bertipe unsaturated resin. Resin poliester unsaturated merupakan thermoset, bisa dalam bentuk cair atau fase padat ketika resin ini dalam kondisi yang baik. Poliester unsaturated berbeda bentuk dengan poliester saturated sepert TeryleneTM yang tidak bisa dalam kondisi seperti unsaturated. Bisaanya resin poliester unsaturated disebut sebagai resin poliester. 2.2 Bambu Bambu adalah jenis tumbuhan rumputrumputan berkayu yang memiliki batang berongga dan beruas-ruas. Diperkirakan terdapat seribu spesies bambu saat ini. Bambu adalah tanaman berkayu yang paling cepat tumbuh di dunia. Pada jenis bambu tertentu dan kondisi lingkungan tertentu, pertumbuhan bambu dapat mencapai satu meter per jam. Tabel 1 Sifat mekanik bambu Uji Mekanik Gaya Mekanik Modulus Young 18 GPa Tensile Strength 15 MPa Compressive 39 MPa Strength Bending Strength 76 MPa Density 3-4 kg/m 3 Sumber : Nicky Subianto, Pembasahan (Wetting) Pembasahan (wetting) adalah kemampuan suatu cairan untuk berkontak dengan suatu permukaan padatan. Derajat pembasahan tergantung dari besarnya contact angle yang terbentuk antara interfase cairan dan uap dengan interfase padat dan cair. Sumber : Anonim, 29 Tabe 2. Derajat kebasahan 2.4 Tegangan Lekat Istilah tegangan lekat biasa kita jumpai pada bidang studi teknik sipil, dimana istilah tegangan lekat digunakan untuk menggambarkan gaya yang harus diberikan kepada serat untuk dapat lepas dari matriknya. Dalam bidang sipil, serat tersebut biasanya berupa baja tulangan dan matriksnya berupa beton. Pada penelitian ini kita umpamakan serat bambu sebagai baja tulangan dan polimer sebagai matriksnya. Dasar utama teori panjang penyaluran adalah dengan memperhitungkan suatu baja tulangan yang ditanam di dalam masa beton. Sebuah gaya F diberikan pada baja tulangan tersebut. Gaya ini selanjutnya akan ditahan antara baja tulangan dengan beton di sekelilingnya. Tegangan lekat bekerja sepanjang baja tulangan yang tertanam di dalam massa beton, sehingga total gaya yang harus dilawan sebelum batang baja tercabut keluar dari masa beton adalah sebanding dengan luas selimut baja tulangan yang tertanam dikalikan dengan kuat lekat antara beton dengan baja tulangan. F = Ld. π. d. σ s Dengan mendistribusikan nilai : F = σ b. A maka didapat persamaan : A. σ b = Ld. π. d. σ s dimana: F = beban (N) A = luas baja tulangan (1 cm 2 ) σ s = tegangan lekat permukaan (Mpa) d = diameter baja tulangan (mm) Ld = panjang penyaluran (mm) = kuat lekat/tegangan lekat (Mpa) σ b Contact Angle ( ) θ = < θ < 9 9 < θ < 18 θ = 18 Degree of Wetting S/L Interaction Strength of L/L Interaction perfect wetting strong weak high strong strong wettability weak weak low wettability weak strong perfectly non wetting weak strong

3 III. METODOLOGI Dalam penelitian ini memiliki diagram alir seperti berikut: 3.3 Pengujian A. Kemampubasahan Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui derajat kebasahan yaitu dengan cara mengukur seberapa besar sudut yang dibuat antara tetesan polimer dengan media bambu. Pada pengujian ini kita dapat mengetahui seberapa besar pembasahan yang terjadi. Gambar 2 Pengujian kemampubasahan Peralatan yang digunakan adalah gelas ukur, wadah, pisau, penggaris, spidol, cetakan, pengaduk, timbangan digital, busur. Bahan yang dibutuhkan yaitu bambu apus, jawa, poliester, epoksi, dan air. B. Uji tegangan lekat Pengujian daya lekat dilakukan untuk mengetahui tegangan lekat antar muka antara bambu dan polimer. Pengujian ini menggunakan alat yang bernama universal testing machine (UTM). Dari alat tersebut nantinya dapat diketahui berapa daya lekat antara bambu dan polimer. Gambar pengujian spesimen dapat dilihat pada gambar di bawah ini. 3.1 Sintesa Resin Untuk sintesa bahan dilakukan yaitu dengan mencampur resin dan katalis hingga didapatkan kondisi yang terbaik. Untuk poliester digunakan 2%, 5%, 1%, 2%, dan 3% katalis. Sedangkan untuk epoksi digunakan perbandingan antara resin dan katalis 1:1 dan 2: Pembuatan Spesimen Gambar 3 Uji tegangan lekat Fs di atas adalah gaya yang diberikan oleh UTM kepada spesimen. Satuan pengukuran disini adalah gaya yang diberikan per satuan luas lekatan. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN. 4.1 Sintesa Resin Untuk poliester digunakan perbandingan persen volume dan didapatkan hasil seperti berikut: Gambar 1 Spesimen dimana: A = luas permukaan yang dilekatkan, 1 cm 2 d = diameter bambu, 2 cm. l = panjang bambu, 7 cm. t = tinggi polimer, 15 cm. Tabel 3. Sintesa resin Resin Katalis Hasil (%) (%) 98 2 Sangat baik 95 5 Terdapat retakan 9 1 Banyak terdapat retakan 8 2 Sangat buruk 7 3 Sangat buruk

4 Sedangkan untuk epoksi digunakan perbandingan volume resin dan katalis 2:1 4.2 Kemampubasahan Untuk menguji kemampubasahan dari polimer poliester dan epoksi, di sini terdapat masing-masing 5 tetes untuk 1 jenis spesimen. Dari hasil tersebut kemudian dirata-rata. Tabel 4. Uji wetability bahwa epoksi sangat cocok apabila dipadukan dengan air Tegangan Lekat Uji tarik ini digunakan untuk mencari daya lekat antara polimer dan bambu. Alat yang digunakan untuk uji tarik yaitu universal testing machine (UTM) dengan kekuatan maksimal yang dapat diukur yaitu 5 kgf. Hasil pengujian yang diperoleh seperti yang terdapat pada tabel 5. Bambu Polimer %,2%,4% %,2%,4% Poliester 5 o 48 o 32 o 52 o 48 o 36 o Bambu Epoksi 2 o 18 o 12 o 22 o 2 o 14 o Apabila dijadikan dalam bentuk grafik hubungan antara kadar air dan derajat kemampubasahan, akan didapat grafik seperti pada gambar 4 dan 5. Derajat Kebasahan (Derajat) ,1,2,3,4,5 Gambar 4. Pengaruh kadar air bambu terhadap derajat kemampubasahan dengan polimer poliester. Secara keseluruhan derajat paling besar terdapat pada kadar air %. Tetapi hal tersebut tidak menjadikan poliester cocok apabila permukaannya basah karena pada hasil uji tegangan lekat, hasil terbaik didapat pada bambu dengan kadar air,2%. Hal yang menyebabkan mengapa bambu dengan kadar air,4% memiliki derajat paling kecil karena poliester tersebut menyatu dengan air dan terjadi penyebaran. Derajat Kebasahan (Derajat) Gambar ,1,2,3,4,5 Pengaruh kadar air bambu terhadap derajat kemampubasahan dengan polimer epoksi. Secara keseluruhan derajat paling kecil terdapat pada kadar air,4%. Hal ini menunjukkan Tabel 5. Hasil uji tegangan lekat (Mpa) Apabila ditampilkan dalam gambar hubungan antara kadar air bambu dengan tegangan lekatnya, maka diperoleh gambar 6 dan7. Dimana gambar 6 menggunakan polimer poliester sedangkan gambar 7 menggunakan polimer epoksi. Tegangan Lekat (MPa) Polimer %,2%,4% %,2%,4% Poliester,384,551,218,267,38 Epoksi,671,847 1,121,388,546,671 Gambar 6. Pengaruh kadar air bambu terhadap tegangan lekat dengan polimer poliester. Dari gambar 6 dapat dilihat bahwa daya lekat bambu apus dengan poliester dengan kadar air,2% memiliki daya lekat yang paling kuat, yaitu,551 MPa. Dan hasil yang paling buruk adalah daya lekat antara bambu apus dan poliester dengan kadar air,4%. Untuk keseluruhan hasil, dapat dilihat bahwa daya lekat antara bambu dan poliester, hasil paling bagus yaitu pada kadar air,2%.

5 Tegangan Lekat (MPa) Gambar 7. Pengaruh kadar air bambu terhadap tegangan lekat dengan polimer epoksi. Pada gambar 7 dapat dilihat bahwa epoksi memiliki hubungan berbanding lurus dengan kadar air, baik untuk bambu apus maupun bambu jawa. Semakin banyak kadar air yang terkandung maka semakin besar pula tegangan lekatnya. Hasil terbaik diperoleh oleh bambu apus dengan kadar air,4%, yaitu 1,121 MPa. Pada gambar 6 dan 7 memperlihatkan bahwa tegangan lekat bambu apus dengan polimer selalu lebih besar kecuali untuk hasil bambu apus dengan poliester, ini dikarenakan serat antara kedua bambu berbeda. Serat yang dimilki oleh bambu apus lebih halus dan lebih padat apabila dibandingkan dengan bambu jawa sehingga gaya tarik antar serat lebih kuat. Dari hasil pengujian tegangan lekat antara bambu dan polimer, ada beberapa spesimen yang menunjukkan terkelupasnya serat bambu akibat lekatan dengan polimer, contohnya bambu apus,4% dengan epoksi. Hal ini menunjukkan sebenarnya tegangan lekat antara epoksi dengan bambu apus kadar air,4% bisa lebih besar dari 1,121 Mpa. V. KESIMPULAN Berdasarkan analisa data hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu : Dibanding dengan bambu jawa, bambu apus memiliki adhesivitas antarmuka yang lebih kuat dengan polimer. Poliester berinteraksi paling baik dengan bambu yang berkadar air,2%. Sedangkan epoksi berinteraksi paling baik dengan bambu yang berkadar air,4%. Adhesivitas antarmuka paling baik ditunjukkan oleh antarmuka epoksi dengan bambu apus yang berkadar air,4%, yaitu dengan derajat kebasahan 12 o, dan tegangan lekat 1,121 MPa. DAFTAR PUSTAKA Anonim, _, Guide of Composite, Anonim, 29, Contact Angle, Minggu, 7 Juni 29 Anonim, 29, Wetting, Minggu, 7 Juni 29 Arfian, Muhammad, Tinjauan Tagangan Lakat Baja Tulangan Ulir Dengan Berbagai Variasi Diameter dan Panjang Penyaluran pada Beton Normal, ITB, 29. Bintari, Ricky, 29 Pengaruh Ukuran dan Jumlah Serat Terhadap Pengaruh Komposit Polimer/Bambu Sebagai Bahan Alternatif Wind Turbin, ITS,. Manik, Parlindung. 22. Bambu Sebagai Alternatif Bahan Komposit Pembuatan Kulit Kapal, Surabaya:Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Saptono, Rahmat, 28. Perkembangan Bahan Polimer, Universitas Indonesia. Subianto, Nicky, 29. Analisa Kekuatan Tarik Komposit Serat Bambu yang Dibuat dengan Metode Manufaktur Hand Lay Up, ITB. Van Vlack, Lawrence,H, 21, Elemen-elemen Ilmu Rekayasa Material. Jakarta.Erlangga. BIODATA PENULIS Nama : Prima Putra Jaya TTL : Surabaya, 11 April 1987 Alamat : Trosobo, SDA Riwayat Pendidikan: SD : Sidodadi 2 SMP : SMPN 1 Taman SMA : SMAN 1 Krian PT : Teknik Fisika-ITS