PENGUNAAN BAHAN MATRIK SEMEN,GIBSUM, TANAH LIAT TERHADAP PEMANFAATAN SABUT KELAPA SEBAGAI SERAT UNTUK PEMBUATAN PAPAN SERAT SABUT KELAPA Yusril Irwan Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Nasional Jl. PHH. Mustafa No.23, Bandung 40124 yusril@itenas.ac.id Abstrak Peningkatan kepedulian terhadap lingkungan dapat diwujudkan dengan penggunaan material yang berasal dari serat alam sebagai bentuk konservasi energi dan perlindungan lingkungan. Salah satu teknologinya adalah dengan pembuatan papan semen berserat (Fiber-Cement Board/FCB). Serat yang di gunakan diarahkan kepada penggunaan serat alam (natural fiber) yang berasal dari limbah pertanian. Penggunaan serat alam ini didasarkan kepada beberapa hal berikut: (1)meningkatnya kepedulian terhadap lingkungan, (2)melindungi sumber daya alam, (3)mengurangi emisi karbondioksida (CO 2 ), dan (4)daur ulang material. Berbeda dengan serat sintetik yang ketersediaannya sangat terbatas dan tidak dapat diperbaharui (non renewable), sedangkan serat alam memiliki ketersediaan yang sangat banyak dan melimpah yang sebagian besar dapat didaur ulang. Dengan alasan di atas maka perlu dikembangkan memanfaatkan limbah sabut kelapa yang akan diambil seratnya. Pemanfaatan serat sabut kelapa tersebut di antaranya dapat digunakan dalam pembuatan papan -serat sabut kelapa (coconut fiber- board). Pembuatan papan serat dilakukan dengan menggunakan tiga jenis matrik yaitu semen, gibsum dan tanah liat. Dengan metoda pengepresan, pengeringan dengan pemanasan. Dan sebagaimana di ketahui sifat dari semen, gibsundan tanah liat adalah getas, di harapkan dengan pemberian serat sabut kelapa dalam pembuatan papan, akan meningkatkan ketangguhan papan. Dari hasil pengujian, keberadaan serat sabut kelapa dapat meningkatkan ketangguhan dari papan. Diharapkan hal ini juga merupakan salah satu bentuk pengurangan ketergantungan akan barang dan teknologi dari luar negeri. Key Words : sabut kelapa, mixing Ratio, tanah liat-gibsum-semen
1. Latar Belakang Material komposit menjadi material yang penting akhir-akhir ini karena sifatnya yang khusus. Kata komposit dalam pengertian material kompsoit menunjukan adanya dua atau lebih material komposit yang di gabung secara mikroskopis. Pada bahan komposit, material pembentuknya masih terlihat seperti aslinya, dimana hal tersebut tidak ditemukan dalam paduan logam. Pada umumnya material komposit terdiri dari dua ikatan yang dikenal dengan serat (fiber) dan bahan pengikat serat yang di sebut dengan matrik. Serat dan matrik sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat komposit, seperti kekakuan, kekuatan dan sifat-sifat lainnya. Bahan komposit mempunyai sifat yang berbeda dengan sebagian besar material konvensional (misal baja, alumunium dll) yang telah dikenal selama ini. Bahan komposit tidak homogen dan nonisotropik, berarti sifat-sifatnya tidak sama di semua tempat dan segala arah. Pada material komposit, seratlah yang menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja. Sedang matrik bertugas melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Sehingga pada penelitian ini digunakan semen sebagai bahan matriksnya. Penggunaan serat (fiber) pada material komposit ada beberapa jenis, diantaranya serat natural dan serta pabrik (modern). Serat pabrik yang ada dipasaran harganya cukup mahal, dalam penelitian ini digunakan serat natural berupa serta kelapa. Serat kelapa merupakan serat natural dan jenis yang digunakannya adalah serat panjang. Oleh karena itu beberapa penelitian atau eksperimen sangat dibutuhkan untuk mengetahui parameter-parameter yang berpengaruh terhadap propertis mekanik papan semen-serat serabut kelapa (coconut fiber-cemen board). Permasalahan yang ingin dijawab adalah memperoleh gambaran tentang parameter-parameter yang berpengaruh terhadap propertis mekanik FCB dan pemahaman yang menyeluruh tentang sifat mekanik papan semen-serat sabut kelapa Tujuan khusus yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah: 1. Mengkaji parameter-parameter yang berpengaruh terhadap propertis FCB berdasarkan panjang dari serat dan besarnya rasio berat dari pencampuran (mixture ratio) antara serat, semen dan air. 2. Menguji beberapa parameter seperti : 1. Menentukan massa Jenis (Density) 2. Test Kekuatan bending (uji kelengkungan) 3. Test Moisture content (uji kandungan air) 4. Test Rasio ekspansi ketebalan penyerapan air 2. Metoda Penelitian Penelitian ini difokuskan kepada upaya mendapatkan gambaran parameter-parameter (rasio berat campuran dan panjang potongan serat) yang berpengaruh terhadap propertis papan melalui pengujian propertis mekanik papan semen-serat sabut kelapa yang dibuat berdasarkan standar pengujian yang berlaku, sehingga diperoleh pemahaman yang menyeluruh terhadap propertis mekanik papan semenseat sabut kelapa. Adapun tahapan penelitian yang merupakan langkah-langkah atau proses yang dilakukan dalam penelitian ini sebagai berikut : a. Penyiapan alat pengepresan FCB. Alat pengepresan ini di buat dari plat baja sebagai cetakan FCB yang berukuran; Lebar = 300 mm Panjang = 300 mm Tebal reng pinggir = 13 mm Dengan kerangka baja profil yang dilengkapi pipa di ujung kiri dan kanan serta dongkrak menekan plat cetakan dengan sistem slider pada pipa seperti pada gambar 1.
Gambar 1. alat pengepresan dan pencabutan serat kelapa b. Penyiapan serat sabut kelapa Pada tahap awal dilakukan pencabutan serat kelapa dari cangkangnya, kemudian dibersihkan dengan memisahkan serat dari serabutnya. Serat adalah bagian yang berharga dari sabut dan memiliki kekuatan tarik yang cukup tinggi. Setiap butir kelapa mengandung 25% serat. Sedangkan sabut kelapa merupakan bagian yang cukup besar dari buah kelapa, yaitu 35% dari berat keseluruhan buah. Sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang menghubungkan satu serat dengan serat lainnya. Pembersihan serat dari gabus perlu dilakukan karena gabus memiliki sifat mekanis yang rendah (mudah putus) dan memiliki daya serap air yang tinggi. c. Pengeringan di bawah sinar matahari hingga mendapatkan sabut yang benar-benar kering. Pengeringan dilakukan untuk mendapatkan berat sabut murni tanpa kandungan air. d. Pemotongan serat dengan ukuran yang bervariasi : 1 3 mm, 1 6 mm, seperti pada gambar. Setelah pemotongan Serat di kumpulkan sesuai dengan panjangnya dan di timbang beratnya. 3. Tahap Persiapan Spesimen Fiber Coir Board (FCB) a. Pencampuran (Mixing). Tahap pencampuran atau pengadukan diawali dengan penimbangan berat serat kemudian di lanjutkan dengan penimbangan semen dan air. Penimbangan dilakukan dengan menggunakan timbangan digital. Setelah perbandingan berat tertentu di dapat kemudian dilakukan pengadukan. b. Pengepresan 1. Setelah pengadukan rata, adukan tersebut di ratakan pada cetakan plat dengan tebal 10 mm. Untuk memudahkan pembukaan hasil FCB dari cetakan, maka dasar pelat cetakan di lapisi plastik.
Gambar 8. Proses persiapan pengepresan 2. Setelah permukaan campuran rata pada permukaan pelat cetakan kemudian di lakukan proses pengepresan. Pengepresan ini di lakukan selama 24 jam. Waktu 24 jam diperkirakan penyatuan antara serat dan semen sudah sempurna. 3. Setelah 24 jam pengepresan FCB dikeluarkan dari cetakan dan dilakukan pengeringan pada temperature kamar selama 28 hari sebelum di lakukan pengujian. 4. Setelah 28 hari di lakukan pemotongan FCB menjadi spesimen-spesimen uji dengan gerinda pemotong keramik. 4. Menentukan Parameter-parameter yang di uji. 1. Menentukan massa Jenis (Density) Adapun parameter-parameter yang dibutuhkan pada uji kerapatan ini, yaitu : Panjang (cm) Lebar (cm) Tebal (cm) Volume (V) (cm³) Massa (M) (gram) Dan persamaannya dapat di tulis: m g Density Test = 3 V cm 2. Bending strengt test (uji kekutan lengkung) Pengujian ini untuk melihat pengaruh FCB apabila di beri beban tekan dan menentukan besarnya beban maksimum penekukan yang dapat di tahan oleh FCB. Kemudian menentukan kekakuan dari FCB (Modulus Of Rupture). Prinsip pengujiannya seperti pada gambar. Gambar 10. Pengujian Bending Untuk menentukan MOR dari FCB digunakan persamaan :
3Pmax L MOR = 2 2bt N ( 2 mm ) Dimana : Pm = L = b = t = beban maksimum (N) panjang benda uji (mm) lebar benda uji (mm) ketebalan benda uji (mm) 3. Moisture content test (uji kandungan air) Pengujian ini melihat kemampuan FCB dalam penyerapan air. Prinsip pengujian yaitu merendam FCB didalam air sekitar 5 menit dan timbang beratnya ( ). Kemudian keringkan dengann menggunakan alat pengering (hair dryer) lalu ukur kembali massanya ( ). Hasil penimbangan ini di masukan kedalam persamaan : m1 mo MoistureConten Test ( MC) = x100% m 4. Uji rasio perbandingan ekspansi ketebalan setelah direndam air Pengujian ini melihat besarnya penyusutann yang terjadi apabila FCB di rendam di dalam air selama 24 jam. Dan melihat juga secara visual pengaruh rendaman terhadap daya lekat semen terhadap serat. Langkah awal yang dilakukan, yaitu ukur ketebebalan awal spesimen ( ). Rendam spesimen dibawah permukaan air selama 24 jam. Kemudian angkat dan keringkan, ukur kembali ketebelan spesimen ( ). t2 t Ratio Ekpansi Ketebalan= 1 x100% t 5. Hasil yang telah di capai Hasil yang telah di capai selama penelitian adalah 6 buah papan FCB yaitu: A. Ratio Mixture 1 : 3 : 1 untuk panjang serat 1-6 cm B. Ratio Mixture 1 : 3 : 2 untuk panjang serat 1 6 cm C. Ratio Mixture 1 : 3 : 3 untuk panjang serat 1-6 cm D. Ratio Mixture 1 : 2 : 1 untuk panjang serat 1-3 cm E. Ratio Mixture 1 : 2 : 2 untuk panjang serat 1-3 cm F. Ratio Mixture 1 : 2 : 3 untuk panjang serat 1-3 cm 1 o A B C E F D Spesimen papan FCB kemudian di potong-potong dengan mesin gerinda keramik sesuai dengan ukuran untuk pengujian-pengujian yang akan dilakukan. 6. Hasil Pengujian
kode Masa Jenis ρ g/cm 3 MOR Mpa MC % Ekpansi ketebalan % A 1.94 4.9 3.3 1.2 B 1.88 4.8 3.2 1.1 C 1.79 3.3 3.5 1.2 D 0.98 6.1 3.3 1.5 E 0.95 6.8 3.1 1.3 F 0.91 5.2 3.9 1.1 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A B C D E F Kode spesimen Masa Jenis MOR MC Ekspansi 7. Analisa dan Kesimpulan : 1. Kepadatan dan kehomogenan susunan serat sangat berpengaruh terhadap pembuatan FCB, karena semakin renggang susunan serat akan menimbulkan porositas yang tinggi. 2. Semakin tinggi perbandingan air mengakibatkan semen ikut larut terbawa air dan pada saat pengepresan, air + semen mengumpul dibagian bawah cetakan sehingga bagian dalam dan atas dari FCB kekurangan semen. Hal ini dapat menurunkan harga MOR dan penggetasan pada bagian bawah FCB. 3. Untuk perbandingan 1 : 2 : 2 merupakan perbandingan yang tepat. Karena dari seluruh bagian FCB terlihat ikatan semen yang merata dan memiliki harga MOR yang tinggi. 4. Pada pengujian bending FCB untuk perbandingan 1 : 2 : 2 tidak pecah, hanya mengalami penekukan dan kembali seperti keadaan semula dan tidak terlihat garisgaris retak disekitar tekukkan. Hal ini disebabkan oleh ikatan antara serat kelapa dan semen yang cukup kuat. 5. Penyerapan air yag paling tinggi adalah pada perbandingan 1 : 2 : 3, karena pengaruh perbandingan air yang besar mengakibatkan matrik semen tidak merata dan terpusat pada daerah bawah (alas cetakan), mengakibatkan serapan air dari serat yang miskin dengan semen semakin tinggi. 6. Penyusutan ketebalan rata rata hampir sama dan tidak mengalami penyusutan yang cukup besar. 7. Rata rata Penyerapan air untuk setiap perbandingan hampir sama. 8. Daftar Pustaka 1. Khedari, J., Charoenvai, S., Hirunlabh, J.: New Insulating Particleboards from Durian Peel and Coconut Coir. Building Environ, 2003; 38:245-99.
2. Cook, DJ., Pama, RP., et al : Coir Fibre Reinforced Cement as A Low Cost Roofting Material. Building Environ, 1978; 13:193-8. 3. Anderson, J.E., Meriman, H., Porsche, K.: Sustainable Building Materials. International Journal for Service Learning in Engineering, 2 (2), 2007, 102-130.