Pengaruh Orientasi Serat Sabut Kelapa Dengan Resin Polyester Terhadap Karakteristik Papan Lembaran

(1)

TESIS

Oleh

(2)

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA

DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP

KARAKTERISTIK PAPAN LEMBARAN

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika

pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA

Universitas Sumatera Utara

Oleh

N U R M A U L I T A

087026020/FIS

(3)

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT

KELAPA DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP KARAKTERISTIK PAPAN LEMBARAN

Nama Mahasiswa : NURMAULITA

Nomor Induk Mahasiswa : 087026020/FIS

Program Studi : Magister Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Drs. Muhammad Syukur,M.S Dr. Anwar Dharma Sembiring

Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

(4)

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA

DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP

KARAKTERISTIK PAPAN LEMBARAN

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 21 Juni 2010

( N U R M A U L I T A )

(5)

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

N a m a : Nurmaulita

N I M : 087026020

Program Studi : Ilmu Fisika

Jenis Karya Ilmiah : Tesis

Demi mengembangkan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :

“

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA

DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP

KARAKTERISTIK PAPAN LEMBARAN

”

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih

media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan

mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 21 Juni 2010

(6)

Telah diuji pada Tanggal : 7 Juni 2010

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.S

Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S

2. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

3. Dr. Marhaposan Situmorang, M.Sc 4. Drs. Tenang Ginting, M.S

(7)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama lengkap berikut gelar : Nurmaulita, S.Pd

Tempat dan Tanggal Lahir : Balimbingan, 27 Agustus 1974

Alamat Rumah : Balimbingan-Tanah Jawa-Simalungun

Sumatera Utara

No. Telpon/HP/e-mail : 081375280450

maulitanur2007@gmail.com

Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri I Tanah Jawa

Kabupaten Simalungun Provinsi Sumatera Utara

Alamat Kantor : Tanah Jawa

Kabupaten Simalungun Provinsi Sumatera Utara

Telepon : -

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri No.091525 Balimbingan Tamat : 1987

SMP : SMP Negeri I Tanah Jawa-Simalungun Tamat : 1990

SMA : SMA Negeri Tanah Jawa-Simalungun Tamat : 1993

Strata-1 : IKIP Negeri Medan Tamat : 1998

(8)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmad, taufik dan hidayah-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Shalawat beriring salam atas junjungan Rasulullah Muhammad SAW, beserta keluarga dan sahabatnya yang telah memberikan petunjuk bagi umat manusia menuju kejalan yang benar.

Ucapan terimakasih yang setinggi-tinginya kepada kedua orang tua Ayahanda Suman dan Ibunda Sumini serta suami tersayang Warkum dan ananda terkasih Diah Utami Kusuma Wardani yang selalu setia dan tidak henti-hentinya memberikan dukungan dan dorongan serta tidak putus-putusnya berdo’a kepada Allah SWT.

Kemudian ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada Pemerintah Republik Indonesia c.q. Pemerintah Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan dana sehingga kami dapat melaksanakan Program Magister Sains pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K), atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.

Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M. Sc. atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Ketua Program Studi Magister Fisika, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M. Sc. beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setingi-tinginya kami ucapkan kepada Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.Sc selaku Pembimbing Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr. Anwar Dharma Sembiring selaku Pembimbing II yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing saya hingga selesainya penelitian ini.

Seterusnya ucapan terimakasih kepada bapak Ebson Silaban S.Pd Kepala SMAN I Tanah Jawa, Bapak/Ibu guru dan Staf Tata Usaha SMAN I Tanah Jawa, serta siswa-siswi SMAN I Tanah Jawa yang telah memberikan kesempatan, dorongan, dukungan serta do’anya.

Medan, Juni 2010 P e n u l i s ,

N U R M A U L I T A

(9)

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP KARAKTERISTIK

PAPAN LEMBARAN

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan papan komposit resin polyester dan serat sabut kelapa sebagai panel dinding. Bentuk susunan dan persentase serat sabut kelapa berpengaruh terhadap pembuatan dan karakteristik papan lembaran sebagai panel dinding.Variasi persentase berat serat yang dilakukan 10%, 15%, 20%, 25% dan 30% dengan serat susunan searah, silang dan acak. Untuk mengetahui karakteristik papan komposit dilakukan pengujian tarik, lentur dan impak. Selanjutnya dilakukan Analisa Termal DTA untuk mengetahui perubahan suhu kritis papan komposit yang dihasilkan. Dan untuk menganalisa karakteristik morfologi permukaan spesimen dilakukan analisa Scanning Electron Mikroscop (SEM). Hasil pengujian kuat tarik rata-rata yang paling optimal adalah pada persentase berat serat 20% sebesar 275,3 kg.f/cm2. Pengujian lentur yang paling optimal adalah susunan searah pada persentase berat serat 20% sebesar 556,4 kg.f/cm2 dan pengujian kuat impak yang paling optimal adalah susunan silang pada persentase berat serat 20% sebesar 3,86 joule/mm2. Analisa termal menunjukkan bahwa perubahan kekuatan mekaniknya akan berubah pada kondisi suhu kritis rata-rata 660C. Dijelaskan pada analisa SEM bahwa permukaan spesimen yang terdistribusi secara merata adalah sedikit cacat dan voidnya dengan ukuran 5 – 50 µm pada kondisi serat susunan searah dan variasi persentase berat serat 20%. Hasil pengujian kemampuan nyala api papan komposit rata-rata paling optimal adalah kondisi persentase serat sabut kelapa 20% dengan mampu nyala 654,5 detik sepanjang 5 cm. Disimpulkan bahwa bentuk susunan dan persentase serat sabut kelapa dengan resin polyester berpengaruh terhadap pembuatan dan karakteristik papan komposit.

Katakunci : Orientasi Serat Sabut Kelapa, Polyester, Karakteristik Papan Lembaran.

(10)

THE EFFECT OF COCONUT COIR FIBER ORIENTATION WITH POLYESTER RESIN ON CHARACTERIZING

SHEET BOARD

ABSTRACT

A research to produce resin polyester composite board and fiber of coconut coir as wall panel has been carried out. The coconut coir’s fiber strukture and percentage have an effect on the making of board sheet characteristic as a wall panel. Percentage variation of fiber weight that conducted are 10%, 15%, 20%, 25% and 30% with unidirectional formation fiber, traverse and disorder. The composite board characteristic was tested using stretch, flexure and impact testing. Digital thermal analysis (DTA) was conducted to know the change of critical temperature of composite board produced. The characteristic of specimen surface morphology analysis is conducted using Scanning Electron Microscope (SEM). The average of stretch testing result shows that the most optimal percentage of fiber weight is at 20% which is 275,3 kg.f/cm2. Flexure testing shows that the most optimal is unidirectional formation at percentage of fiber weight at 20% was 556,4 kg.f/cm2 and the impact testing shows that the most optimal crossed formation percentage of fiber weight is at 20% was 3,86 joules/mm2. Thermal analysis indicates that the change of mechanical strength for critical temperature was at the average of 660C. The SEM analysis explains that specimen surface that well distributed has less defect with void size of 5 –50 µm at unidirectional of fiber with variation of fiber weight percentage 20%. The flamable testing shows that the most optimal composite board average is when condition of coir fiber percentage coconut is at 20% with blaze ability of 654,5 second in 5 cm. It was concluded that the formation of the board sheet and the percentage of coconut coir fiber with resin polyester have an effect on the making and the characteristic of the composite.

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ……….. i

ABSTRAK ……….…………. ii

ABSTRACT ……… iii

DAFTAR ISI ……….. iv

DAFTAR TABEL ……….. vi

DAFTAR GAMBAR ….……… vii

DAFTAR LAMPIRAN ……….. ix

BAB I PENDAHULUAN ……… 1

1.1. Latar Belakang ………. 1.2. Perumusan Masalah ……….. 1.3. Tujuan Penelitian ………. 1.4. Hipotesis Penelitian ………. 1.5. Manfaat Penelitian ……… 1 3 4 4 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA. 5 2.1. Polimer ……….... 5

2.2. Komposit………...

2.2.1. Klasifikasi Bahan Komposit …………... 2.2.2. Tipe Komposit Serat ………... 2.2.3. Faktor yang Mempengaruhi Performa

Komposit ………

6 7 8 9 2.3. Serat Sabut Kelapa ……….…

2.3.1. Komposisi Serat Sabut Kelapa ……….. 2.3.2. Morfologis Serat Sabut Kelapa ……….

10 12 13 2.4. Matriks Unsaturated Polyester Resin (UPR) …

2.5. Katalis Mekpo ……….. 2.6. Karakteristik Papan Partikel ………..

2.6.1. Sifat-sifat Mekanik ……….

13 14 15 15

(12)

2.6.2. Analisa Termal (Differential Thermal Analisis) ……… 2.6.3. Analisa Scanning Electron Microscope

(SEM) ………. 2.6.4. Pengujian Ketahanan Nyala Api ……...

20 22 22

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ………

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ………... 3.2. Alat dan Bahan ……… 3.3. Rancangan Penelitian ………... 3.4. Variabel Penelitian ……….. 3.5. Diagram Alir Penelitian ……….

23 23 23 24 26 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………

4.1. Sifat Mekanik Bahan Komposit………. 4.1.1. Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Polyester

dan Serat Sabut Kelapa ………... 4.1.2. Hasil Pengujian Lentur Resin Poyester dan

Serat Sabut Kelapa ………. 4.1.3. Hasil Pengujian Impak Resin Poyester dan

Serat Sabut Kelapa ……… 4.2. Analisa Termal Sampel Polyester dengan Serat

Sabut Kelapa ……… 4.3. Analisa Hasil SEM ..……… 4.4. Analisa Uji Ketahanan Nyala Api ………

28 28 29 33 36 38 44 48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ………..……….. 5.2. Saran ……….

50 50 50 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

51 L-1

(13)

DAFTAR TABEL

Nomor Tabel

Judul Halaman

2.1 Komposisi Serat Sabut Kelapa …..……… 12 2.2 Morfologi Serat Sabut Kelapa ……… 13 2.3 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac

157® BTQN-EX ……… 14 3.1 Komposisi Campuran Bahan Komposit Papan

Lembaran ……… 25

4.1 Perbandingan Produk Hasil dengan Produk

(14)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Gambar

Judul Halaman

2.1 Klasifikasi Bahan Komposit ………... 7 2.2 Tipe discontinous fibre ……….……….. 8 2.3 Tipe Komposit Serat ……….. 9 2.4 Produk Turunan Pengolahan Sabut Kelapa ……... 11 2.5 Gaya Tarik terhadap Pertambahan Panjang ……… 16 2.6 Uji Tarik ASTM D 638M ....………..……… 16 2.7 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik …... 18 2.8 Pemasangan Benda Uji Lentur ………..… 19

2.9 Pola Umum Kurva DTA ………. 21

3.1 Bentuk Spesimen Pengujian Tarik dengan Standar

ASTM D 638 ……….. 25

3.2 Bentuk Spesimen Pengujian Lentur dengan Standar

ASTM D-790 ……… 25

3.3 Bentuk Sampel Pengujian Impak dengan Standar

ASTM D-259 ……… 26

3.4 Diagram Alir Penelitian ……… 27 4.1 Papan Komposit Polyester dan Serat Sabut Kelapa . 28 4.2 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Papan Komposit

Terhadap Persentase Berat Serat (%) ……… 30 4.3 Grafik Pengujian Tarik Polyester Murni 100 % ….. 31 4.4 Grafik Pengujian Tarik Polyester Serat Sabut Kelapa

Susun Searah pada Persentase Berat Serat 20 % …… 32 4.5 Grafik Pegujian Tarik Polyester Serat Sabut Kelapa

Susun Silang pada Persentase Berat Serat 10 % … 32 4.6 Grafik Hubungan Kekuatan Lentur Papan Komposit

(15)

4.7 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Murni 100 % 35 4.8 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut

Kelapa Susun Searah pada Persentase Berat Serat 20% 35 4.9 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut

Kelapa Susun Silang pada Persentase Berat Serat

10 % ……….. 36

4.10 Grafik Hubungan Kekuatan Impak Papan Komposit Terhadap Persentase Berat Serat (%) ………

4.11 Grafik perubahan rata-rata suhu kritis setiap variasi berat serat ………..

39 4.12 Grafik DTA Polyester Murni 100% ……….. 40 4.13 Grafik DTA Serat Sabut Kelapa ……… 40 4.14 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 10%

susunan searah ……..……… 41

4.15 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 15%

susunan searah ……….………… 41

4.16 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 20%

susunan searah ……… 42

4.17 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 25%

susunan searah ……… 42

4.18 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 30%

susunan searah ……… 43

4.19 Bentuk spesimen yang di uji SEM ……… 44 4.20 Pada 100% polyester terdistribusi merata ………… 44 4.21 Kondisi permukaan pada 15% serat serabut kelapa…. 45 4.22 Kondisi permukaan pada 20% serat serabut kelapa…. 45 4.23 Kondisi permukaan pada 20% serat serabut kelapa

setelah mengalami perlakuan uji lentur ……… 46 4.24 Kondisi permukaan pada 25% serat serabut kelapa … 47 4.25 Grafik hasil uji nyala api papan komposit polyester

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran

Judul Halaman

A. Data Hasil Spesimen Uji Tarik ……… 54 B. Data Hasil Pengujian Kekuatan Lentur ……… 56 C. Data Hasil Pengujian Kekuatan Impak ……… 58 D. Data Hasil Uji Nyala Api Komposit Polyester dengan

Serat Sabut Kelapa ……… 60

E. Data Hasil Analisa DTA ……….. 61 F. Kurva Tegangan-Regangan Pengujian Tarik ………… 62 G.

Kurva Tegangan-Regangan Pengujian Kelenturan …… Foto-foto Hasil Penelitian ………..

68 74

(17)

DAFTAR TABEL

Nomor Tabel

Judul Halaman

2.1 Komposisi Serat Sabut Kelapa …..……… 14 2.2 Morfologi Serat Sabut Kelapa ……… 15 2.3 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157®

BTQN-EX ………...

16 3.1 Komposisi Campuran Bahan Komposit Papan Lembaran 29 4.1 Perbandingan Produk Hasil dengan Produk Pengujian yang

disarankan………

(18)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Gambar

Judul Halaman

2.1 Klasifikasi Bahan Komposit ……… 9 2.2 Tipe discontinous fibre ……….……… 10 2.3 Tipe Komposit Serat ……… 10 2.4 Produk Turunan Pengolahan Sabut Kelapa …….……… 13 2.5 Gaya Tarik terhadap Pertambahan Panjang ……… 18 2.6 Uji Tarik ASTM D 638M ....……… 19 2.7 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik ………. 21 2.8 Pemasangan Benda Uji Lentur ……… 23 2.9 Pola Umum Kurva DTA ……….. 25 3.1 Bentuk Spesimen Pengujian Tarik dengan Standar ASTM

D 638 ………

3.2 Bentuk Spesimen Pengujian Lentur dengan Standar

ASTM D-790 ……… 30

3.3 Bentuk Sampel Pengujian Impak dengan Standar ASTM D-259 ………..

30 3.4 Diagram Alir Penelitian ……….. 31 4.1 Papan Komposit Polyester dan Serat Sabut Kelapa …… 32 4.2 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Papan Komposit

Terhadap Persentase Berat Serat (%) ………

(19)

4.3 Grafik Pengujian Tarik Polyester Murni 100 % ……… 35 4.4 Grafik Pengujian Tarik Polyester Serat Sabut Kelapa

Susun Searah pada Persentase Berat Serat 20 % ……….. 36 4.5 Grafik Pegujian Tarik Polyester Serat Sabut Kelapa Susun

Silang pada Persentase Berat Serat 10 % ………. 37 4.6 Grafik Hubungan Kekuatan Lentur Papan Komposit

Terhadap Persentase Berat Serat (%) ……….

38 4.7 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Murni 100 % ….. 39 4.8 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut Kelapa

Susun Searah pada Persentase Berat Serat 20 % ……….

40 4.9 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut Kelapa

Susun Silang pada Persentase Berat Serat 10 % ………… 41 4.10 Grafik Hubungan Kekuatan Impak Papan Komposit

Terhadap Persentase Berat Serat (%) ………..

4.11 Grafik perubahan rata-rata suhu kritis setiap variasi berat serat ………

44 4.12 Grafik DTA Polyester Murni 100% ……….. 45 4.13 Grafik DTA Serat Sabut Kelapa ……….. 46 4.14 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 10%

susunan searah ……..………... 47 4.15 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 15%

susunan searah ……….……….. 47

4.16 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 20%

susunan searah ………. 48

4.17 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 25% susunan searah ……….

48 4.18 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 30%

susunan searah ………

49 4.19 Bentuk spesimen yang di uji SEM ……… 50

(20)

4.20 Pada 100% polyester terdistribusi merata ………... 50 4.21 Kondisi permukaan pada 15% serat serabut kelapa ……. 51 4.22 Kondisi permukaan pada 20% serat serabut kelapa ……. 52 4.23 Kondisi permukaan pada 20% serat serabut kelapa setelah

mengalami perlakuan uji lentur ……….

52 4.24 Kondisi permukaan pada 25% serat serabut kelapa ……… 53 4.25 Grafik hasil uji nyala api papan komposit polyester dan

(21)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran

Judul Halaman

A. Data Hasil Spesimen Uji Tarik ………. 61 B. Data Hasil Pengujian Kekuatan Lentur ……… 63 C. Data Hasil Pengujian Kekuatan Impak ………. 65 D. Data Hasil Uji Nyala Api Komposit Polyester dengan Serat

Sabut Kelapa ………. 67

E. Data Hasil Analisa DTA ………... 68 F. Kurva Tegangan-Regangan Pengujian Tarik ……… 69 G.

Kurva Tegangan-Regangan Pengujian Kelenturan ……….. Foto-foto Hasil Penelitian

75 80

(22)

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP KARAKTERISTIK

PAPAN LEMBARAN

ABSTRAK

Katakunci : Orientasi Serat Sabut Kelapa, Polyester, Karakteristik Papan Lembaran.

(23)

THE EFFECT OF COCONUT COIR FIBER ORIENTATION WITH POLYESTER RESIN ON CHARACTERIZING

SHEET BOARD

ABSTRACT

(24)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Selama ini pemanfaatan serat sabut kelapa hanya digunakan untuk industri rumah tangga dalam skala kecil. Misalnya bahan pembuat sapu, tali, keset, dan alat-alat rumah tangga lain. Tidak sedikit pula yang memanfaatkan sabut kelapa sebagai bahan bakar memasak. Padahal serat sabut kelapa dapat dimanfaatkan sebagai bahan industri karpet, pengisi sandaran kursi, dashboard mobil, kasur, genteng, plafon atau bahan panel dinding tahan gempa. Panel dinding ini dapat dijadikan solusi bagi masyarakat yang menjadi korban bencana gempa untuk dinding kuat dan ekonomis.

Penggunaan sabut kelapa banyak dimanfaatkan karena sabut kelapa memiliki sifat tahan lama, sangat ulet, kuat terhadap gesekan, tidak mudah patah, tahan terhadap air, tidak mudah membusuk, tahan terhadap jamur dan hama serta tidak dihuni oleh rayap dan tikus. Untuk itu, serat sabut kelapa menjadi alternatif perkembangan komposit, karena selain murah, mudah didapat juga sangat berlimpah.

Menurut Isroful, (2009) sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang menghubungkan satu serat dengan serat lainnya yang merupakan bagian berharga dari sabut. Setiap butir kelapa mengandung serat 525 gram (75% dari sabut), dan gabus 175 gram (25% dari sabut). Mahmud dan Ferry, (2005) menyatakan bahwa satu butir kelapa menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30% serat.

Penelitian yang dilakukan Jufri (2009), diperoleh bahwa serat sabut kelapa memiliki pengaruh terhadap kekuatan bending produk asbes semen dengan perlakuan terbaik pada persentase serat kelapa 2.4% dengan model anyam.

(25)

Pemanfaatan sabut kelapa juga dapat digunakan sebagai peredam suara, seperti penelitian yang dilakukan Khuriati (2006), bahwa sabut kelapa memenuhi persyaratan untuk peredam suara sesuai ISO 11654. Dengan komposisi serat sabut kelapa di atas 0,15. Sehingga dihasilkan bahan penyerapan gelombang bunyi oleh peredam suara berbahan dasar material penyusun sabut kelapa.

Penelitian lain yang dilakukan Fajriyanto dan Ferris.F. (2008) bahwa limbah pabrik kertas (sludge), sabut kelapa dan sampah plastik dapat dibuat komposit dinding bangunan yang kuat dan ramah lingkungan. Hasilnya menunjukkan bahwa variasi beban penggempaan pada saat pencetakan panel bangunan dan komposisi sabut kelapa berpengaruh secara signifikan terhadap karakteristik mekaniknya. Dan diperoleh kuat lentur yang optimal, yakni 77,81kg.f/cm2 dengan beban penggempaan 2000 bars dan komposisi sabut kelapa sebesar 2% (b/b). Karakteristik mekanik komposit dinding bangunan dari limbah pabrik kertas (sludge), sabut kelapa dan sampah plastik dipengaruhi oleh variasi komposisi bahan baku, variasi pembebanan pada saat casting (pencetakan) dan variasi berat sabut kelapa.

Untuk itu, perkembangan teknologi pembuatan produk bahan bangunan dari komposit serat alam menjadi perhatian dalam bidang penelitian. Misalnya serat sabut kelapa sebagai bahan panel dinding. Panel dinding ini dapat dijadikan solusi bagi masyarakat yang menjadi korban pasca bencana gempa. Karena akibat dari gempa, banyak bangunan yang mengalami kerusakan terutama bagian dinding bangunan. Sehingga harga material bangunan semakin meningkat, seiring dengan kebutuhan masyarakat akan rumah yang semakin banyak.

Maka untuk memenuhi target pembanguan rumah yang cepat, kuat, dan ekonomis dibutuhkan teknologi bahan alternatif khususnya penyediaan panel dinding bangunan yang ringan, efisien, hemat waktu dalam pengerjaan, ramah lingkungan, kuat dan tahan penggempaan. Karena pemakaian panel dinding, bisa mengurangi

(26)

biaya konstruksi dan penguasaan lahan. Untuk konstruksi rumah dengan panel dinding ini tidak memerlukan banyak tenaga untuk mendirikan, sehingga mengurangi ongkos tukang. Waktu pemasangan lebih singkat dapat mencapai 8 sampai 10 hari, karena rumah dari panel dinding ini dikemas supaya cepat dipasang, dapat cepat pula dibongkar atau dipindahkan.

Untuk itu, perlu dilakukan penelitian pembuatan papan lembaran sebagai panel dinding dari susunan dan variasi berat sabut kelapa dengan resin polyester agar menghasilkan bahan dengan sifat mekanik yang lebih optimal.

1.2. Perumusan Masalah

Secara umum perumusan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh susunan serat sabut kelapa terhadap pembuatan dan karakteristik papan lembaran sebagai panel dinding yang dihasilkan? 2. Berapakah nilai variasi persentase berat serat sabut kelapa dengan resin

polyester terhadap pembuatan dan karakteristik papan lembaran sebagai panel dinding agar menghasilkan sifat mekanik yang lebih optimal? Dalam penelitian ini dilakukan batasan masalah yang diteliti, yaitu :

1. Komposit yang dibuat menggunakan resin polyester sebagai matriks dan serat sabut kelapa sebagai filler.

2. Susunan serat sabut kelapa sebagai filler adalah berupa susunan serat searah, silang dan serat acak (Menurut Sibarani, 2010, pengertian serat acak adalah susunan yang arah seratnya tidak diatur).

3. Panjang serat acak yang digunakan sebagai filler adalah 5 cm.

4. Variasi persentase berat serat sabut kelapa dengan resin polyester adalah 10%, 15%, 20%, 25% dan 30%.

5. Pengujian sifat mekanik komposit adalah berupa kuat tarik, kuat lentur, kuat impak, analisa DTA, analisa SEM, dan Nyala Api

(27)

1.3. Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh susunan serat sabut kelapa terhadap pembuatan dan karakteristik papan lembaran sebagai panel dinding.

2. Mengetahui persentase berat serat sabut kelapa dengan resin polyester yang optimal terhadap pembuatan dan karakteristik papan lembaran sebagai panel dinding.

1.4. Hipotesis Penelitian

Hipotesis penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Pembuatan dan karakteristik papan lembaran sebagai panel dinding yang dihasilkan dari komposit polyester dan susunan serat sabut kelapa terbaik dapat diperoleh dari susunan serat searah.

2. Pembuatan dan karakteristik papan lembaran sebagai panel dinding terbaik dipengaruhi oleh persentase berat serat sabut kelapa.

1.5. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Memberi informasi mengenai susunan serat yang memberikan sifat mekanik komposit serat sabut kelapa dengan resin polyester yang optimal.

2. Memberi informasi mengenai persentase serat sabut kelapa dengan resin polyester yang menghasilkan kekuatan mekanik komposit yang optimal. 3. Mendapatkan bahan komposit yang kuat dan ramah lingkungan.

(28)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Polimer

Plastik, serat, film dan sebagainya yang biasanya dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari mempunyai berat molekul diatas 10.000. Bahan dengan berat molekul yang besar itu disebut polimer, mempunyai struktur dan sifat yang rumit disebabkan oleh jumlah atom pembentuk yang lebih besar dibandingkan senyawa yang berat atomnya rendah. Umumnya polimer dibangun oleh satuan struktur tersusun secara berulang diikat oleh gaya tarik-menarik yang disebut ikatan kovalen, dimana ikatan setiap atom dari pasangan menyumbangkan satu elektron untuk membentuk sepasang elektron.

Dibawah ini dijelaskan istilah teknis yang sering dipakai bagi polimer, yaitu : 1). Monomer

Polimer yang terbentuk oleh satuan struktur secara berulang disebut monomer. Contoh : Polietilen

H H H H H │ │ │ │ │

C = C → ─ C ─ C ─ C ─ ….. │ │ │ │ │

H H H H H Etilen (monomer) Polietilen 2). Berat molekul dan derajat polimerisasi.

Polipropilen terdiri dari banyak monomer propilen dalam rantai kombinasi. CH3 H H3 H

│ │ │ │ n.C = C → ─ C ─ C ─ │ │ │ │ H H H H n Propilen Polipropilen

(29)

Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut : 1. Kemampuan cetaknya baik. Pada temperatur rendah bahan dapat dicetak

dengan penyuntikan, penekanan, ekstruksi, dan seterusnya. 2. Produk ringan dan kuat.

3. Banyak polimer bersifat isolasi listrik. Polimer dapat bersifat konduktor. 4. Baik sekali ketahannya terhadap air dan zat kimia.

5. Produk dengan sifat yang berbeda dapat dibuat tergantung cara pembuatannya.

6. Umumnya bahan polimer lebih murah harganya.

7. Kurang tahan terhadap panas sehingga perlu diperhatikan penggunaannya.

8. Kekerasan permukaan yang sangat kurang. 9. Kurang tahan terhadap pelarut.

10. Mudah termuati listrik secara elektrostatik.

11. Beberapa bahan tahan abrasi, atau mempunyai koefisien gesek yang kecil.

2.2. Komposit

Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya.

Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan

(30)

serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.

2.2.1. Klasifikasi Bahan Komposit

Klasifikasi komposit serat (fiber-matrik composites) dibedakan menjadi; 1. Fibre composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik. 2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.

3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik. 4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal

5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.

Klasifikasi komposit ditunjukkan pada gambar dibawah ini ;

Gambar 2.1. Klasifikasi Bahan Komposit (Hadi, 2001)

Bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu komposit partikel (particulate composite) dan komposit serat (fibre composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel yang diikat matrik. Komposit serat ada dua macam, yaitu serat panjang (continuos fibre) dan serat pendek (short fibre atau whisker).

Bahan Komposit

Komposit Komposit Serat

Serat Satu Serat Multi Arah Arah

Laminat Hybrid

Serat Tidak Serat

Serat Satu Arah

Serat Dua Arah (woven)

(31)

2.2.2. Tipe Komposit Serat

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

1. Continuous Fibre Composite

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan. 2. Woven Fibre Composite (bi-directional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

3. Discontinous Fibre Composite

Discontinous Fibre Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 :

a) Aligned discontinous fibre

b) Off-axis aligned discontinous fibre c) Randomly oriented discontinous fibre

a) aligned b) off-axis c) randomly Gambar 2.2. Tipe discontinous fibre (Gibson, 1994) 4. Hybrid Fibre Composite

Hybrid fibre composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

(32)

Continous Fibre Composit Woven Fibre Composite

Randomly Oriented Discontinous Fibre Hybrid Fibre Composite Gambar 2.3. Tipe Komposit Serat (Gibson, 1994)

2.2.3. Faktor yang mempengaruhi Performa Komposit

1. Faktor Serat 2. Letak Serat

A. One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat. B. Two dimensional reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua

arah atau masing-masing arah orientasi serat.

C. Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic kekuatannya lebih tinggi dibanding dengan dua tipe sebelumnya.

3. Panjang Serat

Serat panjang lebih kuat dibanding serat pendek. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.

4. Bentuk Serat

Bentuk serat tidak mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi.

(33)

5. Faktor Matrik

Matrik berfungsi mengikat serat. Polimer sering dipakai termoplastik dan termoset.

a. Thermoplastik 1. Polyamide (PI), 2. Polysulfone (PS),

3. Poluetheretherketone (PEEK), 4. Polypropylene (PP),

5. Polyethylene (PE) dll. b. Thermosetting

1. Epoksi, 2. Polyester. 3. Plenol, 4. Resin Amino, 5. Resin Furan dll. 6. Katalis

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.

2.3. Serat Sabut Kelapa

Buah kelapa terdiri dari epicarp yaitu bagian luar yang permukaannya licin, agak keras dan tebalnya ± 0,7 mm, mesocarp yaitu bagian tengah yang disebut sabut, bagian ini terdiri dari serat keras yang tebalnya 3–5 cm, endocarp yaitu tempurung tebalnya 3–6 mm. Sabut merupakan bagian tengah (mesocarp) epicarp dan endocarp.

Sabut kelapa merupakan bagian terluar buah kelapa. Ketebalan sabut kelapa berkisar 5-6 cm yang terdiri atas lapisan terluar (exocarpium) dan lapisan dalam (endocarpium). Endocarpium mengandung serat halus sebagai bahan pembuat

(34)

tali, karpet, sikat, keset, isolator panas dan suara, filter, bahan pengisi jok kursi/mobil dan papan hardboard. Satu butir buah kelapa menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30% serat.

Gambar 2.4. Produk Turunan Pengolahan Sabut Kelapa (Zainal. M.dan Yulius,2005)

Komposisi kimia sabut kelapa terdiri atas selulosa, lignin, pyroligneous acid, gas, arang, ter, tannin, dan potasium. Dilihat sifat fisisnya sabut kelapa terdiri dari : a. Seratnya terdiri dari serat kasar dan halus dan tidak kaku.

b. Mutu serat ditentukan dari warna dan ketebalan.

c. Mengandung unsur kayu seperti lignin, suberin, kutin, tannin dan zat lilin.

Dari sifat mekanik nya :

a. Kekuatan tarik dari serat kasar dan halus berbeda. b. Mudah rapuh.

c. Bersifat lentur.

Sabut Serat Pendek Serat Panjang

Debu Sabut

Serat Berkaret

Matras

Hardboard Kerajinan

- Keset - Karpet - Tali, dll

Genteng Geotekstil

Cocopeat

Kompos

Hardboard

(35)

2.3.1. Komposisi Serat Sabut Kelapa

Hasil uji komposisi serat sabut kelapa berdasarkan SNI yang dilakukan Sarana Riset dan Standarisasi dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut :

Tabel 2.1 Komposisi Serat Sabut Kelapa

Parameter Hasil Uji

Komposisi (%)

Metode Uji

Kadar Abu 2.02 SNI 14-1031-1989

Kadar Lignin ( Metode Klason) 31.48 SNI 14-0492-1990

Kadar Sari 3.41 SNI 14-1032-1989

Kadar Alfa Selulosa 32.64 SNI 14-0444-1989

Kadar Total Selulosa 55.34 Metoda Internal BBPK Kadar Pentosan sebagai

Hemiselulosa

22.70 SNI 01-1561-1989 Kelarutan dalam NaOH 1 % 20.48 SNI 19-1938-1990 Sumber : Sunario, 2008 dalam ( Laboratorium Balai Besar Pulp dan Kertas) Uji komposisi sifat kimia untuk megetahui komposisi kimia yang terdapat dalam serat sabut kelapa. Uji kadar abu untuk mengetahui kadar abu yang terdapat dalam serat sabut kelapa. Uji lignin untuk mengetahui jumlah lignin dalam serat sabut kelapa. Lignin adalah bagian yang terdapat dalam lamela tengah dan dinding sel yang berfungsi sebagai perekat antar sel, dan merupakan senyawa aromatik yang berbentuk amorf. Suatu komposit akan mempunyai sifat fisik atau kekuatan yang baik apabila mengandung sedikit lignin, karena lignin bersifat kaku dan rapuh.

2.3.2. Morfologis Serat Sabut Kelapa

Uji morfologis bertujuan untuk mengetahui dimensi serat dan turunannya. Pengujian yang dilakukan oleh Sunariyo, (2008) dihasilkan sebagai berikut :

(36)

Tabel 2.2 Morfologi Serat Sabut Kelapa

Parameter Hasil Uji

Komposisi (%)

Satuan

Panjang Serat Minimal 0.37 µm

Panjang Serat Maksimal 2.49 µm

Panjang Serat Rata-rata 1.20 µm

Diamater Luar ( D) 23.23 µm

Diameter dalam ( l) 13.26 µm

Tebal Dinding (W) 4.99 µm

Bilangan Runkel (2xW/l) 0.75 µm

Kelangsingan (LD) x 1000 55.53 µm

Kekakuan (W/D) 0.21 µm

Kelenturan (l/D) 0.57 µm

Muhisiep ratio (D2-i2/D2 x 100) 67.42 µm Sumber : Sunario, 2008 dalam ( Laboratorium Balai Besar Pulp dan Kertas)

2.4. Matriks Unsaturated Polyester Resin (UPR)

Unsaturated Polyester Resin berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, dapat mengeras pada suhu kamar dengan menggunakan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan. Salah satu Unsaturated Polyester Resin adalah tipe Yukallac 157 BQTN-FR yaitu Halogenated Unsaturated Polyester Resin yang khusus dikembangkan untuk FRP tahan api. Yukallac 157 BQTN-FR merupakan resin yang telah berpromotor, mengandung thixotropic agent, tanpa wax dan bersifat mencegah/mengurangi timbulnya pembakaran sehingga waktu untuk mulai terbakar lebih lama, memperlambat penyebaran api dan berhenti terbakar bila dijauhkan dari sumber api. Dengan spesifikasi sifat yang demikian maka resin ini baik digunakan sebagai bahan dinding panel dengan tahan api

(37)

Unsaturated Polyester Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah seri Yukalac 157® BQTN-FR yang memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Tabel 2.3 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157® BTQN-EX

Item Satuan Nilai Tipikal Catatan

Berat Jenis - 1,215 250 C

Kekerasan _ 40 Barcol/GYZJ 934-1

Suhu distorsi panas oC 70 -

% 0,188 24 jam

Penyerapan air

( suhu ruang) % 0,466 7 hari

Kekuatan Fleksural Kg/mm2 9,4 _

Modulus Fleksural Kg/mm2 300 _

Daya Rentang Kg/mm2 5,5 _

Modulus Rentang Kg/mm2 300 _

Elongasi % 2,1 _

Catatan untuk sifat-sifat Resin :

Kekentalan (Poise, pada 25oC ) : 4,0 – 5,0 Thixotropic Index : > 1,5 Waktu gel (menit, pada 25oC) : 20 – 30 Bilangan asam, mgKOH/gr : 20 - 30

Lama dapat disimpan (bulan) : < 6, pada 25oC. Formulasi : Bagian

Resin 157 BQTN – FR : 100 bagian

MEKPO : 1 bagian

2.5. Katalis Mekpo

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan resin dan serat dalam komposit. Waktu yang dibutuhkan resin untuk berubah menjadi plastik tergantung pada jumlah katalis yang dicampurkan. Penelitian ini menggunakan katalis metil ethyl katon peroxide (MEKPO) yang berbentuk cair dan bewarna bening. Semakin banyak katalis yang ditambahkan pada resin maka makin cepat

(38)

pula proses curringnya, tetapi apabila kelebihan katalis material yang dihasilkan akan getas atau resin bisa terbakar. Penambahan katalis yang baik 1% dari volum resin. Bila terjadi reaksi akan timbul panas antara 600C – 900C. Panas ini cukup untuk mereaksikan resin sehingga diperoleh kekuatan dan bentuk plastik yang maksimal sesuai dengan bentuk cetakan yang diinginkan.

2.6. Karakteristik Papan Partikel

Papan partikel umumnya berbentuk datar dengan ukuran relatif panjang, relatif lebar, dan relatif tipis sehingga disebut panel. Ada papan partikel yang tidak datar (papan partikel lengkung) dan mempunyai bentuk tertentu tergantung pada acuan (cetakan) yang dipakai. Papan partikel adalahpapan yang dibuat dari partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya yang diikat dengan perekat organik dan dengan bantuan satu atau lebih unsur panas, tekanan, kelembaban, ataupun katalis (Sutigno, P. 2002).

Untuk mengetahui mutu dan karakteristik papan partikel yang dihasilkan perlu dilakukan pengujian, yaitu :

2.6.1.Sifat-sifat Mekanik

1. Pengujian Kuat Tarik (Tensile Strength).

Uji tarik adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dengan melakukan uji tarik kita mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material bertambah panjang. Bila kita terus menarik suatu bahan sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap berupa kurva. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang.

(39)

Gambar 2.5. Gaya Tarik terhadap Pertambahan Panjang.

Yang menjadi perhatian dalam gambar tersebut adalah kemampuan maksimum bahan dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut "Ultimate Tensile Strength" disingkat dengan UTS. Untuk semua bahan, pada tahap sangat awal uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke, yaitu :

rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan

Bentuk sampel uji secara umum digambarkan seperti gambar 2.6. berikut :

(40)

Pengujian dilakukan sampai sampel uji patah, maka pada saat yang sama diamati pertambahan panjang yang dialami sampel uji. Kekuatan tarik atau tekan diukur dari besarnya beban maksimum (Fmaks) yang digunakan untuk

memutuskan/mematahkan spesimen bahan dengan luas awal A0. Umumnya

kekuatan tarik polimer lebih rendah dari baja 70 kg.f/mm2. Hasil pengujian adalah grafik beban versus perpanjangan (elongasi).

Enginering Stess (σ) :

A

F

maks

=

σ

……… (1)

Fmaks = Beban yang diberikan arah tegak lurus terhadap penampang

spesimen (N)

A0 = Luas penampang mula-mula spesimen sebelum diberikan

pembebanan (m2) σ = Enginering Stress (Nm-2) Enginering Strain ( ):

0 0 0 1

l

Δ

=

−

=

ε

………. (2)

= Enginering Strain

l0 = Panjang mula-mula spesimen sebelum pembebanan

Δl = Pertambahan panjang

Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:

ε

σ

=

E

_{………..….……. (3)}

E = Modulus Elastisitas atau Modulus Young (Nm-2)

σ

= Enginering Stress (Nm-2)

(41)

Dari gambar kurva hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang kita dapat membuat hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapat gambarkan kurva standar hasil eksperimen uji tarik. Deformasi Plastis

Gambar 2.7 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik

Daerah Linear ( elastic limit)

Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol” pada titik O. Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan tersebut. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga disebut perubahan elastis yaitu kurang 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% .

Titik Luluh atau batas proporsional

Titik dimana suatu bahan apabila diberi suatu beban memasuki fase peralihan deformasi elastis ke plastis. Yaitu titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.

(42)

Deformasi plastis (plastic deformation)

Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula, yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional.

Ultimate Tensile Strength (UTS)

Merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

Titik Putus

Merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah. 2. Pengujian Kuat Lentur (Flexural Strength).

Kekuatan lentur atau kekuatan bending adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi besar. Pengujian kuat lentur dilakukan untuk mengetahui ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan pada titik lentur dan juga untuk mengetahui keeleksitasan suatu bahan. Cara pengujian kuat lentur ini dengan memberikan pembebanan tegak lurus terhadap sampel dengan tiga titik lentur dan titik-titik sebagai penahan berjarak tertentu. Titik pembebanan diletakkan pada pertengahan panjang sampel. Pada pengujian ini terjadi perlengkungan pada titik tengah sampel dan besarnya perlengkungan ini dinamakan defleksi ( ). Kemudian dicatat beban maksimum (Wmaks) dan regangan saat spesimen

patah.

Pengujian dilakukan dengan three point bending.

Gambar 2.8. Pemasangan Benda Uji Lentur SAMPEL

PEMBEBANAN

l W

(43)

Pada perhitungan untuk menentukan kekuatan lentur/bending, digunakan persamaan sesuai standar ASTM D-790, yaitu :

2

3 bh

Wl

K

=

……… (4)

K = Tegangan lentur maksimum (N/m3) W = Beban maksimum (N)

b = Lebar dari benda uji (m) h = Tebal benda uji (m)

l = Jarak antara penyangga (m)

3. Pengujian Kuat Impak (Impact Strength)

Kekuatan impak adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba. Polimer mempunyai kekuatan impak jika kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba. Kekuatan impak dilakukan untuk mengetahui kegetasan bahan polimer. Kekuatan impak bahan polimer lebih kecil daripada kekuatan impak logam. Bahan polimer menunjukkan penurunan besar pada kekuatan impak kalau diberi regangan pada pencetakannya. Cara pengujian impak dapat dilakukan dengan pengujian Charphy, Izod atau dengan bola jatuh.

2.6.2. Analisa Termal (Differential Thermal Analisis)

Analisa termal dilakukan untuk mengetahui intensitas tahanan termal panel dinding terhadap bahan dinding tersebut. Sampai pada suhu berapa panas berpengaruh pada bahan komposit. Sifat termal dilakukan karena sifat ini penting untuk menentukan sifat mekanis bahan polimer. Metoda yang dapat digunakan dalam pengujian termal adalah Differential Thermal Analysis (DTA). DTA adalah salah satu tehnik yang dapat mencatat perbedaan antara suhu sampel dan senyawa pembanding baik terhadap waktu atau suhu saat kedua spesimen dikenai kondisi suhu yang sama dalam sebuah lingkungan yang dipanaskan atau didinginkan pada laju terkendali.

(44)

Sifat khas bahan polimer akan berubah oleh karena perubahan temperatur. Apabila temperatur bahan polimer berubah, maka pergerakan molekul karena termal akan mengubah kumpulan molekul atau mengubah struktur bahan polimer tersebut. Selanjutnya karena panas, oksigen dan air bersama-sama memancing reaksi kimia pada molekul-molekul dan terjadilah depolimerisasi, oksidasi, hidrolisa dan seterusnnya, dan yang paling hebat terjadi pada temperatur yang tinggi. Dengan demikian keadaan tersebut akan mempengaruhi sifat-sifat mekanik bahan polimer. Hal tersebut akan mengakibatkan modulus elastiknya menurun dan kekerasan bahannya rendah, sedangkan tegangan patahnya lebih kecil dan perpanjangan lebih besar.

Gambar 2.9. Pola Umum Kurva DTA (Laboratorium PTKI Medan)

Perubahan temperatur dapat digunakan untuk mengetahui ketahanan panas bahan polimer, selain dari keadaan lingkungan, bentuk bahan, macam dan jumlah pengisi, termasuk bahan penyetabil. Temperatur yang tinggi akan memberikan perubahan atau kerusakan yang banyak terhadap bahan polimer. Ketika zat-zat organik dipanaskan sampai suhu tinggi mereka memiliki kecenderungan untuk membentuk senyawa-senyawa aromatik. Agar suatu polimer layak dianggap “stabil panas” atau “tahan panas”, polimer tersebut harus tidak terurai di bawah suhu 4000C dan dapat mempertahankan sifat-sifatnya yang bermanfaat pada suhu-suhu dekat suhu-suhu dekomposisi tersebut. Stabilitas panas merupakan fungsi dari

(45)

energi ikatan. Ketika suhu naik ke titik di mana energi getaran menimbulkan putusnya ikatan, polimer tersebut akan terurai.

6.2.3. Analisa Scanning Electron Microscope (SEM)

Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) digunakan untuk mengkarakterisasi morfologi permukaan sampel dengan menggunakan metode Secondary Electron Image (SEI). Hasil yang didapat adalah foto polaroid dan mampu memfoto dengan perbesaran dari 35x sampai 10000x. Sampel yang difoto berukuran kecil, yaitu 5 mm x 5 mm untuk luas permukaan dan sampel dalam keadaan kering. Untuk sampel yang tidak bersifat konduktif, sampel harus dilapisi terlebih dahulu dengan bahan yang bersifat konduktif. Ion sputtering, alat yang digunakan untuk melapisi sampel ini tersedia juga di Laboratorium Uji Polimer (LUP). Bahan pelapisnya adalah emas (Au).

6.2.4. Pengujian Ketahanan Nyala Api

Pengujian ketahanan nyala api dilakukan sesuai sifat bahan yang sangat mudah menyala seperti bahan yang terkandung didalamnya yaitu seluloid dan yang dapat habis terbakar sendiri secara spontan walaupun api dipadamkan setelah penyalaan (polikarbonat). Pengujian nyala api dilakukan dengan tujuan untuk mengembangkan polimer dan serat-serat yang tak dapat nyala. Dengan mengembangkan polimer dan serat yang tak dapat nyala dapat mengurangi gas-gas berasap dan beracun yang terbentuk selama proses pembakaran.

Ketahanan nyala api dilakukan dengan cara membakar ujung bahan dengan api yang berasal dari pembakar bunsen. Cara ini telah ditetapkan dalam JIS-K6911-1970 dan ASTM-D635-1974. Waktu yang diperlukan agar spesimen menyala disebut waktu penyalaan dan panjang spesimen yang terbakar disebut jarak bakar. Adapun kategori kemampuan nyala dapat di kategorikan :

1). Mampu nyala : terbakar lebih lama dari 180 detik dengan nyala. 2). Habis terbakar : jarak bakar lebih dari 25 mm tapi kurang dari 100mm. 3). Tak mampu nyala : jarak bakar kurang dari 25 mm.

(46)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di laboratorium kimia polimer, laboratorium fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, laboratorium PTKI Medan dan laboratorium Polimer LIPI Jakarta. Penelitian dilaksanakan mulai bulan Januari 2010.

3.2. Alat dan Bahan

1. Alat yang digunakan dalam pembuatan sampel adalah : a. Neraca analitik untuk menimbang bahan uji.

b. Alat cetakan dari bahan stainles digunakan untuk mencetak bahan uji. c. Seperangkat hot press untuk menekan cetakan agar didapat komposit

padat.

d. Stiren digunakan untuk mencampur resin dengan katalis agar rata. e. Alumunium foil untuk melapisi bahan uji agar mudah dalam

pelepasannya.

f. Gergaji untuk memotong sampel. g. Gelas ukur.

h. Spatulla. i. Scrap. j. Gunting.

2. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : a. Serat sabut kelapa.

b. Resin poliester YUCOLAX 157 BQTN-FR (series) 100% c. Katalis MEKPO 1%

3.3. Rancangan Penelitian

1. Perlakuan pada serat kelapa

(47)

b. Merendam sabut kelapa dengan aquadest untuk membersihkan serat dari serbuk selama 7 hari.

c. Melunakkan sabut dengan cara memukul sabut dengan palu.

d. Mengeringkan serat secara alami dengan cara menjemur serat di panas matahari selama 2 hari.

e. Memilih serat dengan panjang 120 mm untuk disusun sejajar dan anyam. f. Memotong serat dengan panjang 5 cm untuk serat susunan secara acak. 2. Pembuatan Komposit

Berat total komposit yang dihasilkan dalam cetakan yang dibuat adalah 230 gr. Maka perlakuan yang dibuat dengan cara :

a. Menimbang serat sabut kelapa sebanyak 23 gr untuk 10% serat. b. Menimbang polyester sebanyak 207 gr untuk 80% polyester.

c. Menimbang katalis mekpo 20,7 gr untuk 10% katalis dari polyester.

d. Melakukan pengadukan polyester dan katalis dengan stiren selama 5 menit.

e. Menyusun serat kedalam plat dan mall cetakan yang sudah dilapisi alumunium foil. Serat disusun sandwich, dan dilakukan 3-4 kali penyusunan serat dan penuangan resin kedalam cetakan. Hal ini dilakukan agar resin terserap oleh serat sabut kelapa secara merata.

f. Melakukan pengepressan menggunakan hot press selama 30-60 menit agar didapatkan hasil komposit yang lebih padat.

g. Percobaan dilakukan dengan cara yang sama untuk perbandingan serat 10%, 15%, 20%, 25%, dan 30%.

(48)

Tabel 3.1. memperlihatkan komposisi bahan komposit pada pembuatan papan lembaran.

Tabel.3.1. Komposisi Campuran Bahan Komposit Papan Lembaran Persentase Berat

Serat (%)

Berat Serat Sabut Kelapa (gr)

Berat Resin Polyester (gr)

Berat Katalis 10% Polyester (gr)

10% 23 207 20,7

15% 34,5 195,5 19,55

20% 46 184 18,4

25% 57,5 172,5 17,25

30% 69 161 16,1

3. Pembentukan Sampel Uji

a. Bentuk Sampel Pengujian Kekuatan Tarik.

l T Gambar 3.1 Bentuk Spesimen Pengujian Tarik dengan Standar ASTM D 638

b. Bentuk Spesimen Pengujian Kekuatan Bending/Lentur 100 mm

10 mm

15 mm Gambar 3.2 Bentuk Spesimen Pengujian Lentur dengan Standar ASTM D-790

(49)

c. Bentuk Spesimen Pengujian Kekuatan Impak. 100 mm

10 mm

10 mm Gambar 3.3 Bentuk Sampel Pengujian Impak dengan Standar ASTM D-259

3.4. Variabel Penelitian

1. Variabel Bebas :

- Resin Polyester YUCOLAX 157 EX (series) dan Catalis Mekpo - Selanjut persentase berat serat adalah 10%, 15%, 20%, 25%, 30%. 2. Variabel Terikat :

- Nilai pengujian kekuatan tarik, kekuatan kelenturan dan kekuatan impak, analisa DTA, analisa SEM dan Uji Nyala Api.

(50)

3.5. Diagram Alir Penelitian

Direndam selama 3 hari diaduk dengan stiren Diurai dan dibersihkan atau mixer ± 5 menit Dikeringkan ke matahari

Dituang ke dalam cetakan

Serat sabut kelapa di susun sandwich

Dipress menggunakan hotpress ±30–60mnt

Dilepas dari cetakan

Dipotong sesuai kebutuhan

Gambar.3.4. Diagram Alir Penelitian Sabut Kelapa

Poliester Katalis 10%

Serat Sabut Kelapa Campuran Homogen

Matriks Poliester dengan Serat

Hasil Sampel Matriks

U.Impak U.Nyala Api

U.Kelenturan U.Tarik

Pengambilan Data Hasil dan Pembahasan

Kesimpulan Selesai

(51)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Sifat Mekanik Bahan Komposit

Hasil proses perlakuan merupakan produk papan komposit. Papan komposit yang dihasilkan terlihat menyatu dan mempunyai ikatan yang cukup kuat. Hasil papan komposit ini merupakan spesimen yang siap untuk dilakukan pengujian. Adapun pengujian adalah uji mekanik untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu bahan komposit. Uji mekanik yang dilakukan adalah pengujian kekuatan tarik, kekuatan lentur, dan kekuatan impak. Hasil pengujian kekuatan tarik dan kekuatan lentur merupakan stress dan strain. Harga stress menunjukkan tegangan dalam satuan kg.f dan strain menunjukkan regangan dalam satuan mm/menit. Sedangkan untuk uji kekuatan impak yang dihasilkan merupakan kekuatan impak dalam satuan Joule. Selanjutnya dilakukan pengujian ketahanan nyala api, DTA untuk analisa termal, dan analisa SEM untuk melihat bentuk dan perubahan permukaan suatu spesimen.

Tampilan komposit polyester dan serat sabut kelapa dilihat pada Gambar 4.1 dibawah ini :

Gambar 4.1 Papan Komposit Polyester dan Serat Sabut Kelapa

Untuk mengetahui secara empiris sifat mekanik yang dimiliki papan komposit, berikut ini disajikan hasil uji karakteristik mekanik berdasarkan variasi bentuk susunan serat dan persentase berat serat sesuai dalam rancangan penelitian.

(52)

4.1.1. Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Polyester dan Serat Sabut Kelapa

Pengujian tarik dilakukan menggunakan alat uji Electronic System Universal Testing Machine Type SC-2DE MFG No.6079. Cap 20 kN dalam pengujian tarik spesimen yang dilakukan alat dikondisikan pada beban 2 kN dan kecepatan 20 mm/menit. Hasil pengujian kekuatan tarik komposit polyester dan serat sabut kelapa ditunjukkan pada Lampiran A.

Gambar 4.2 menunjukkan kekuatan tarik bahan poliyester murni tanpa serat dibandingkan dengan bahan komposit polyester berserat sabut kelapa pada variasi berat serat 10%, 15%, 20%, 25% dan 30% menghasilkan kekuatan tarik yang tidak sama. Kekuatan tarik yang digambarkan pada grafik adalah rata-rata kekuatan tarik pada masing-masing variasi sampel.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa kondisi bahan paling optimal adalah pada susunan serat searah dengan variasi berat serat 20% rata-rata kekuatan tarik nya 275,3 kg.f/cm2. Untuk variasi berat serat 15% rata-rata kekuatan tarik nya 176,4 kg.f/cm2 dan variasi berat serat 25% rata-rata kekuatan tarik nya 212,9 kg.f/cm2. Sedangkan papan komposit dengan susunan serat silang kondisi bahan optimal pada variasi berat serat 25% rata-rata kekuatan tariknya 202,8 kg.f/cm2. Untuk variasi berat serat 20% rata-rata kekuatan tariknya 187,8 kg.f/cm2 dan variasi berat serat 30% rata-rata kekuatan tariknya 171,3 kg.f/cm2. Pada papan komposit dengan serat disusun acak kondisi bahan optimal pada variasi berat serat 25% rata-rata kekuatan tariknya 174,4 kg.f/cm2. Dan untuk variasi berat serat 20% rata-rata kekuatan tariknya 116,8 kg.f/cm2 dan variasi berat serat 30% rata-rata kekuatan tariknya 170,7 kg.f/cm2.

(53)

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Papan Komposit terhadap Persentase Berat Serat (%)

Maka hasil pengujian tarik bahan yang paling optimal adalah papan komposit polyester dengan susunan serat lurus pada variasi serat 20% yang memiliki kekuatan tarik 275,3 kg.f/cm2. Nilai tersebut jika dibandingkan dengan yang disyaratkan pada Surdia, T. dan Saito, S (1984) bahwa kekuatan tarik bahan polimer polyester dengan bahan pengisi serat adalah minimal 4,2 x 102 kg.f/cm2. Nilai kekuatan tarik papan komposit hasil penelitian masih jauh dari standar yang disyaratkan. Hal ini diduga karena kurang sempurnanya pencampuran resin polyester dengan serat sabut kelapa. Selain itu pemberian katalis 10%, padahal disarankan penggunaan katalis mekpo adalah 1% (PT.Justus Raya) sehingga sifat kekuatan tarik hanya terdapat pada beberapa bagian bahan polimer saja. Menurut Maloney (1993), menyatakan bahwa nilai MOE dipengaruhi oleh kandungan dan jenis bahan perekat yang digunakan, daya ikat perekat dan termasuk panjang serat. Hasil pengujian digambarkan dalam sumbu horizontal yang menunjukkan strain (regangan) dan sumbu vertikal menunjukkan stress (tegangan).

(54)

σ

(Tegangan)

(

Regangan) Gambar 4.3. Grafik Pengujian Tarik Polyester Murni 100 % Gambar 4.3. adalah analisa grafik resin polyester tanpa serat sabut kelapa. Pada gambar tersebut polyester membawa beban dari titik A hingga mencapai beban maksimal pada puncak dititik B. Setelah spesimen berada pada beban puncak, maka spesimen langsung terputus dan beban turun menjadi nol. Proses tersebut digambarkan dari titik B ke titik C.

Beban perpindahan kurva dari polimer resin polyester dan serat sabut kelapa sebagai kondisi paling maksimal yaitu serat yang disusun searah dengan variasi berat serat 20% diilustrasikan pada Gambar 4.4. Jika dibandingkan dengan grafik polyester murni tanpa serat, jelas terlihat bahwa pengisian serat sabut kelapa sebagai pengisi komposit polyester dapat mengoptimalkan kekuatan tarik dari spesimen. Ketika pada spesimen dilakukan pengujian terus menerus, maka polyester dan serat membawa beban bersama dari titik A hingga mencapai beban maksimal pada puncak dititik B karena terjadi ikatan yang kuat antara matrik dengan serat, sehingga komposit polyester dengan serat sabut kelapa persentase serat 20% tidak langsung terputus melainkan masih terdapat kekuatan tariknya.

Ket :

(55)

σ

(Tegangan)

(Regangan) Gambar 4.4. Grafik Pengujian Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa Susun Searah

pada Persentase Berat Serat 20 %

Setelah spesimen berada pada beban maksimal maka stress akan turun dan berusaha menahan beban pada titik C menuju ke titik D, yang akhirnya kekuatan tariknya menjadi nol (titik E). Artinya jika suatu spesimen dibebani, mula-mula spesimen tersebut akan melentur secara elastis, dan pelenturan akan menghilang bila beban ditiadakan. Suatu beban yang berlebih akan memberi kerusakan pada spesimen dimana tegangan melampaui kekuatan luluh dari spesimen. Beban puncak sampai spesimen mengalami kerusakan terjadi pada kondisi rata-rata kekuatan tariknya 275,3 kg.f/cm2.

σ

(

Tegangan)

(Regangan)

Gambar 4.5. Grafik Pengujian Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa Susun Silang pada Persentase Berat Serat 10 %

B C

A C

B E

Ket :

1 mm : 1kg.f

Ket :

1 mm : 1kg.f

1 2

2 1

(56)

Beban tarik polyester serat sabut kelapa susun silang persentase serat 10% adalah beban tarik pada kondisi yang paling kurang baik diantara semua spesimen yang dibuat. Jika dibandingkan dengan kondisi paling optimal yaitu polyester serat yang disusun searah pada persentase serat 20% maka terdapat perbedaan pada beban tarik yang dihasilkan. Kondisi yang paling kurang maksimal terdapat beban tarik yang kecil, selain itu pada salah satu pengujian spesimen langsung putus.

4.1.2. Hasil Pengujian Lentur Resin Polyester dan Serat Sabut Kelapa

Perlakuan perbedaan berat serat sabut kelapa dilakukan untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan kekuatan mekanik dari bahan komposit yang dihasilkan. Dalam perlakuan ini sebagai variabel tetap adalah tekanan dengan beban 2 kN. Kemudian susunan serat searah, susunan silang dan susunan acak dengan variasi berat serat sabut kelapa 10%, 15%, 20%, 25%, dan 30%. Pengujian dilakukan dengan alat Electronic System Uniersal Testing Machine Type SC-2DE MFG No.6079. Cap 2000 kg.f. Jarak tumpu yang digunakan adalah 8 cm dengan kecepatan 50 mm/menit. Hasil pengujian beban maksimal (Wmaks) dan tegangan

lentur maksimum (Kmaks) komposit polyester ditunjukkan pada Lampiran B.

Gambar 4.6 Grafik Hubungan Kekuatan Lentur Papan Komposit terhadap Persentase Berat Serat (%)

(57)

Gambar 4.6 menunjukkan perbedaan berat serat sabut kelapa berpengaruh terhadap kuat lentur spesimen. Polyester tanpa serat kekuatan lentur menunjukkan 286,8 kg.f/cm2. Pada susunan serat lurus searah kondisi maksimal pada berat serat sabut kelapa 20% rata-rata kuat lentur Kmaks komposit sebesar 556,4 kg.f/cm2.

Untuk variasi berat serat 15% rata-rata kekuatan lenturnya sebesar 384 kg.f/cm2 dan variasi berat serat 25% rata-rata kekuatan lenturnya 512,8 kg.f/cm2. Sedangkan pada serat susunan silang kondisi maksimal pada berat serat sabut kelapa 20% rata-rata kuat lentur σmaks komposit sebesar 471,6 kg.f/cm2. Untuk

variasi berat serat 15% rata-rata kekuatan lenturnya sebesar 312,8 kg.f/cm2 dan variasi berat serat 25% rata-rata kekuatan lenturnya 408,4 kg.f/cm2. Pada papan komposit dengan serat disusun acak kondisi bahan yang optimal didapat dengan variasi berat serat 25% dengan rata-rata kekuatan lenturnya 326,4 kg.f/cm2. Untuk variasi berat serat 20% rata-rata kekuatan lenturnya 116,8 kg.f/cm2 dan variasi berat serat 30% rata-rata kekuatan lenturnya 170,7 kg.f/cm2.

Hasil pengujian kuat lentur bahan yang paling optimal adalah komposit polyester dengan susunan serat searah pada variasi serat 20% yang memiliki kekuatan lentur 556,4 kg.f/cm2. Nilai tersebut jika dibandingkan dengan yang disyaratkan oleh Surdia, T. dan Saito, S (1984) bahwa kekuatan lentur bahan polimer resin polyester dengan bahan pengisi serat adalah minimal 5,9 x 102 kg.f/cm2. Maka nilai kekuatan lentur papan komposit yang diperoleh dari hasil pengujian mendekati standar yang disyaratkan.

Gambar 4.7 adalah analisa grafik dari resin polyester tanpa serat sabut kelapa. Pada gambar tersebut polyester membawa beban dari titik A hingga mencapai beban maksimal pada puncak dititik B. Setelah spesimen berada pada beban puncak, maka spesimen langsung terputus dan beban menjadi nol. Proses tersebut digambarkan dari titik B ke titik C.

(58)

σ

(Tegangan)

(Regangan) Gambar 4.7 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Murni 100 %

Grafik polyester murni berbeda dengan grafik polyester yang berserat sabut kelapa. Pada Gambar 4.8 diilustrasikan grafik komposit polyester dengan serat sabut kelapa disusun searah dengan variasi persentase sabut kelapa 20% yang berada pada kondisi paling maksimal. Komposit polyester dan serat membawa beban bersama dari titik A hingga mencapai beban maksimal pada puncak dititik B karena terjadi ikatan yang kuat antara matrik dengan serat. Setelah spesimen berada pada beban maksimal maka stress akan kembali berkurang dan berusaha menahan beban, yang akhirnya lama kelamaan stress menjadi nol. Artinya spesimen mengalami kerusakan dan spesimen tanpa beban lagi. Beban puncak itu terjadi pada kondisi rata-rata kekuatan kelenturannya 556,4 kg.f/cm2.

σ

(

Tegangan)

(Regangan)

Gambar 4.8 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut Kelapa Susun Searah pada Persentase Berat Serat 20 %

B C

Ket :

1 mm : 1kg.f

Ket :

1 mm : 1kg.f

1 2

2 1

(59)

Ketika spesimen dilakukan pengujian terus menerus dengan memberi beban, maka mula-mula spesimen akan melentur secara elastis. Pelenturan akan hilang bila beban ditiadakan. Dan suatu beban yang berlebih akan membengkokkan spesimen secara permanen pada tempat dimana tegangan melebihi kekuatan luluhnya. Sehingga spesimen yang telah bengkok telah gagal tetapi belum patah.

σ

(Tegangan)

(

Regangan)

Gambar 4.9 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut Kelapa Susun Silang pada Persentase Berat Serat 10 %

Kuat lentur polyester serat sabut kelapa susun silang persentase serat 10% adalah beban lentur pada kondisi yang paling kurang baik diantara semua spesimen yang dibuat. Jika dibandingkan dengan kondisi paling optimal yaitu polyester serat yang disusun searah pada persentase serat 20% maka terdapat perbedaan bentuk grafik yang kurang maksimal pada beban tarik yang dihasilkan.

4.1.3. Hasil Pengujian Impak Resin Polyester dan Serat Sabut Kelapa

Pengujian ini menggunakan alat Wolperts Type : CPSA Com. No.8803104/0000 diberikan perlakuan dengan pemukul (godam) sebesar 4 Joule. Adapun hasil pengujian impak ditunjukkan pada Lampiran C.

Perlakuan perbedaan serat sabut kelapa dilakukan untuk mengetahui perbedaan kekuatan impak dari komposit polyester dan serat sabut kelapa. Dari grafik

Ket :

(60)

dibawah menunjukkan bahwa harga impak rata-rata yang maksimal adalah komposit serat sabut kelapa disusun silang pada variasi serat 20% dengan nilai sebesar 3,86 Joule/mm2. Komposit serat sabut kelapa disusun silang pada variasi serat 15% menunjukkan nilai sebesar 3,65 Joule/mm2, dan komposit serat sabut kelapa disusun silang pada variasi serat 25% menujukkan nilai sebesar 3,75 Joule/mm2. Sedangkan komposit serat sabut kelapa disusun acak kekuatan impak yang maksimal adalah pada variasi serat 25% dengan nilai sebesar 3,79 Joule/mm2. Untuk variasi serat 20% mencapai nilai sebesar 2,11 Joule/mm2 dan variasi serat 30% hampir sama nilai nya dengan variasi 25 % dengan nilai sebesar 3,78 Joule/mm2.

Gambar 4.10 Grafik Hubungan Kekuatan Impak Papan Komposit terhadap Persentase Berat Serat (%)

Dari gambar 4.10, kekuatan impak polyester tanpa serat sangat kecil sebesar 0,61 J/mm2. Setelah penambahan serat maka kekuatan impak bertambah besar. Perbedaan kekuatan impak yang dihasilkan dipengaruhi oleh variasi serat yang berbeda-beda dan susunan serat yang berbeda-beda pula. Perbedaan kekuatan impak rata-rata dari satu spesimen yang sama variasi seratnya dan susunan serat yang sama dapat disebabkan oleh beberapa sebab diantaranya adalah kekuatan komposit yang kurang merata disetiap tempat dan distribusi serat yang kurang

(61)

merata sehingga energi yang diserap menjadi lebih kecil. Kekuatan impak yang paling maksimal didapat pada serat yang disusun silang dengan variasi serat sabut kelapa 25% sebesar 3,86 Joule/mm2. Sedangkan hasil pengujian impak yang didapat menunjukkan bahwa ikatan antara molekul antara serat dan poyester kuat, hal ini diperlihatkan dari spesimen yang diuji tidak mengalami patahan melainkan hanya sekedar bengkok saja. Sehingga spesimen yang dihasilkan polyester dan serat sabut kelapa dapat dikatakan bersifat kuat elastis.

4.2. Analisa Termal Sampel Polyester dengan Serat Sabut Kelapa

Analisa termal dilakukan untuk mengetahui intensitas tahanan termal papan komposit dengan cara mengukur perbedaan temperatur diantara spesimen dan bahan pembanding (seperti alumina) yang stabil terhadap perubahan panas. Dengan mengubah temperatur suatu bahan uji, maka berbagai perubahan akan dialami oleh bahan tersebut. Selain itu pengujian termal ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan besarnya temperatur kritis suatu spesimen.

Teknik analisa termal digunakan untuk mendeteksi perubahan fisika (penguapan) atau kimia (dekomposisi) suatu bahan yang ditunjukkan dengan penyerapan panas (endotermik) dan pengeluaran panas (eksotermik). Secara umum proses termal meliputi antara lain proses perubahan fase (transisi gelas), pelunakan, pelelehan, oksidasi, dan dekomposisi (Riefvan, 2010).

Dari Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa spesimen yang digunakan mengalami perubahan temperatur pada suhu kritis rata-rata 660C maka kekuatan mekaniknya pun akan berubah. Menurut Surdia.T. dan Saito.S, 1984 bahwa bahan polyester tanpa pengisi memiliki ketahan panas polimer dalam waktu yang lama pada suhu 120 0C dan polyester diisi dengan anorganik memiliki ketahan panas polimer pada suhu 160 0C.

(62)

Gambar 4.11. Grafik perubahan rata-rata suhu kritis setiap variasi berat serat Produk komposit yang dihasilkan selanjutnya dibandingkan terhadap ketahanan panas. Sebagai pembandingnya adalah suhu yang dinyatakan menurut Surdia.T. dan Saito.S, 1984, dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Perbandingan Produk Hasil dengan Produk Pengujian yang disarankan

No Produk Komposit Ketahan Panas (0C)

1 Produk Hasil 66 0C

2 Produk hasil pengujian yang disarankan (teoritis) *

• polyester tanpa pengisi

• polyester diisi dengan anorganik

120 0C 160 0C Note : *) Hasil produk yang disarankan (Surdia.T. dan Saito.S, 1984)

Hasil kurva uji DTA ini berupa grafik endoterm (penurunan temperatur) dan grafik eksoterm (kenaikan temperatur) pada gambar 4.12 :

(63)

Gambar 4.12 Grafik DTA Polyester Murni 100%

Dari pengujian termogram untuk polyester murni 100% terjadi perubahan suhu pada temperatur 3400C (endoterm) dan terjadi pengkristalisasi pada suhu 3900C (endoterm), sehingga meleleh pada suhu 450 0C (eksoterm) dan teroksidasi pada suhu 500 0C (eksoterm), hingga akhirnya polyester murni terdekomposisi keseluruhannya.

(64)

Gambar 4.13 DTA memperlihatkan adanya puncak pada temperatur 700C, 2400C, 2900C, dan 4400C. Puncak-puncak ini diidentifikasi sebagai perubahan temperatur sabut kelapa mulai dari penurunan kadar air hingga habis terbakar menjadi abu. Pada suhu 700C (endoterm) terjadi penurunan temperatur dan terdekomposisi pada 440 0C dengan terjadi kenaikan temperatur (eksoterm).

Hasil uji termogram DTA polyester serat sabut kelapa dari spesimen yang maksimum dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 4.14 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 10% susunan searah

Gambar 4.15 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 15% susunan searah

(65)

Gambar 4.16 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 20% susunan searah

Gambar 4.17 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 25% susunan searah

Dari hasil analisa DTA pada persentase berat serat 10%, 15%, 20%, 25%, dan 30% terdapat semakin melengkungnya puncak endoterm (penurunan suhu) bahan komposit pada persentase serat 30%. Hal ini terjadi karena semakin besar persentase serat, maka bahan komposit yang dihasilkan lebih banyak mengandung

(66)

kadar air, sehingga lebih lama terbakarnya dan lebih tahan terhadap perubahan temperaturnya.

Gambar 4.18 Grafik DTA Papan Komposit variasi berat serat 30% Susunan searah

Dari pengujian termogram polyester dengan serat sabut kelapa memperlihatkan adanya puncak pada temperatur rata-rata masing-masing variasi berat serat pada temperatur 680C (endoterm), 2380C (endoterm), 3360C (exoterm), 3770C (exoterm) dan 4330C (exoterm). Puncak-puncak ini diidentifikasi sebagai perubahan serat sabut kelapa mulai dari penurunan kadar air hingga habis terbakar menjadi abu. Pada variasi berat serat suhu rata-ratanya 680C terjadi penurunan temperatur (endoterm), dan terdekomposisi pada suhu rata-rata setiap variasi serat 4330C dengan terjadi kenaikan temperatur (exoterm).

(67)

4.3. Analisa Hasil SEM

Adapun spesimen yang diuji SEM adalah bahan komposit susunan serat searah yang lebih optimal, yaitu :

Gambar 4.19.Bentuk spesimen yang di uji SEM

Hasil analisa SEM yang dilakukan dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 4.20 Pada 100% polyester terdistribusi merata . Sample 100 % R i

(68)

Gambar 4.21 Kondisi permukaan pada 15% serat serabut kelapa

Pada 15% serat serabut kelapa (Gambar 4.21) terlihat ada dua jenis cacat yang mungkin disebabkan kurang homogenitas pada saat preparasinya atau adanya bahan pengotor. Bentuk cacat awal seperti adanya gumpalan pada permukaan dan teksturnya mengkilat. Sedangkan cacat awal lainnya seperti titik dilingkari warna gelap mungkin adanya bahan pengotor. Resin adalah warna abu-abu (tanpa bercak-bercak) terdistribusi belum merata keseluruh permukaan sample. Gumpalan serat kelapa berupa bercak-bercak yang berwarna abu-abu dan putih dengan ukuran sekitar 5 – 100 µm.

Gambar 4.22 Kondisi permukaan pada 20% serat sabut kelapa Sample 15 % A

Resin

Serat kelapa Cacat

Cacat

Sample 20 % A

Cacat awal Serat kelapa

(69)

Pada 20% serat sabut kelapa terdapat cacat awal berupa gumpalan mengkilat pada permukaan sampel yang ukurannya sekitar 100 µm. tumpukan serat kelapa sudah terdistribusi lebih merata dengan ukuran sekitar 5 – 50 µm.

Gambar 4.23 Kondisi permukaan pada 20% serat serabut kelapa setelah mengalami perlakuan uji lentur

Pada 20% serat serabut setelah mengalami perlakuan akibat pemberian gaya lentur terlihat adanya perubahan morfologi atau adanya pergeseran pola tertentu sepanjang permukaan sampel yang ditandai tekstur yang berubah bentuk dari bentuk lingkaran menjadi persegi dan lonjong atau memanjang. Perubahan morfologi ini disebut deformasi plastis berupa bidang slip. Akibat pemberian gaya lentur itu terjadi deformasi geser karena tegangan dan regangan spesimen tersebut diuraikan menjadi tegangan-tegangan geser. Tingkat kerusakan spesimen yang paling besar di daerah tekukannya. Disamping itu ada juga terlihat cacat berwarna hitam atau sering juga disebut void (rongga). Ukuran tumpukan serat masih tetap sekitar 5 – 50 µm.

Sample 20 % A setelah mengalami kerusakan

Daerah yang mengalami kerusakan (tekukan)

Daerah cacat

(70)

Gambar 4.24 Kondisi permukaan pada 25% serat serabut kelapa

Pada 25% serat terlihat distribusi serat dengan perbesaran 5000x dengan ukuran pori < 25 µm dan juga ada terdapat rongga (void). Banyaknya terdapat rongga pada kondisi 25% serat sabut kelapa menunjukkan tidak tersebar meratanya resin pada campuran komposit. Akibatnya ikatan antara serat sabut kelapa dengan resin tidak terikat kuat. Sehingga kekuatan mekaniknya pun semakin berkurang.

Struktur permukaan yang dihasilkan dari serat sabut kelapa 25% ini juga dapat menggambarkan suatu mekanisme yang melibatkan pergerakan dislokasi. Dislokasi ini diakibatkan oleh slip pada bidang spesimen, hanya sedikit atom yang dapat digerakkan dari posisi energi rendah. Oleh sebab itu diperlukan lebih kecil tegangan untuk menghasilkan slip dari pada tegangann yang diperlukan pada permukaan struktur yang lebih sedikit voidnya.

Menurut Van Vlack L.H (bahwa semua bukti percobaan mendukung suatu mekanisme slip yang melibatkan pergeseran dislokasi. Mekanisme slip memerlukan pertumbuhan dan pergerakan dari suatu dislokasi garis, oleh karena itu diperlukan energi.

Sample 25 % A

Serat serabut kelapa Rongga (void)

(71)

4.4. Analisa Uji Ketahanan Nyala Api

Penilaian sifat tahanan nyala api dilakukan dari nyala api alat pembakar bunsen, kemudian diujung spesimen yang digantung untuk waktu selama 30 detik dan api dijauhkan. Panjang spesimen sudah ditentukan sepanjang 5 cm. Dalam pengujian ini akan didapatkan data hubungan waktu yang diperlukan agar spesimen menyala yang disebut waktu penyalaan (detik).

Menurut Surdia, T. dan Saito, S (1984) penilaian sifat mampu nyala bahan polimer dapat dijelaskan dengan beberapa hal berikut, yaitu :

1) Dengan membakar bahan

Waktu yang diperlukan agar specimen menyala disebut waktu penyalaan (detik) dan panjang specimen yang terbakar disebut jarak bakar.

Harga tersebut dipakai untuk menyatakan kemampuan nyala api dari bahan. 1.Mampu nyala : Terbakar lebih lama dari 180 detik dengan nyala api

2. Habis terbakar sendiri : Jarak bakar lebih dari 25 mm, kurang dari 100 mm. 3. Tak mampu nyala : jarak bakar kurang dari 25 mm.

Data hasil uji nyala api komposit polyester ditunjukkan pada Lampiran D.

Gambar 4.25 Grafik hasil uji nyala api papan komposit polyester dan serat sabut kelapa

(72)

Dari data yang dihasilkan pada pembakaran spesimen, maka diidentifikasi bahwa bahan komposit polyester serat sabut kelapa termasuk ke dalam mampu nyala dengan nyala api. Karena rata-rata persentase pada variasi serat menunjukkan rata-rata kemampuan nyala diatas 180 detik. Resin polyester tanpa pengisi serat sabut kelapa memberikan waktu paling cepat sebesar 297 detik. Dinyatakan juga bahwa resin polyester termasuk ke mampu nyala dengan nyala api. Komposit dari spesimen yang paling lama menyala adalah pada persentase serat sabut kelapa 20% pada serat disusun searah sebesar 654,5 detik. Dari gambar 4.25 juga diperlihatkan bahwa pemberian serat sabut kelapa pada komposit polyester selain meningkatkan kekuatan mekanik juga dapat meningkatkan ketahanan nyala api. 2) Kepekatan Asap

Kepekatan asap sangat penting dalam terjadi kebakaran. Hasil uji kemampuan nyala api bahan komposit polyester dan serat sabut kelapa menghasilkan asap yang sangat pekat dan meninggalkan pembentukan arang. Arang yang dihasilkan adalah terlihat arang dari serat sabut kelapa.

(1)

σ (Tegangan)

(Regangan) Serat susun acak pada persentase berat serat 20%

2 2 3 bh Wl K = Spesimen 1

σ (Tegangan) = Wmaks = 26,1 kg.f

(Regangan) = 35,17 mm/menit l = 8 cm

b = 1,5 cm h = 1cm

K = 208,8 kg.f/cm2 Spesimen 2

σ (Tegangan) = Wmaks = 26,3 kg.f

(Regangan) = 35,22 mm/menit l = 8 cm

b = 1,5 cm h = 1cm

K = 210,4 kg.f/cm2 K rata-rata = 209,6 kg.f/cm2

σ (Tegangan)

(Regangan) Serat susun acak pada persentase berat serat 30%

2 2 3 bh Wl K = Spesimen 1

σ (Tegangan) = Wmaks = 26,7 kg.f

(Regangan) = 26,78 mm/menit l = 39 cm

b = 1,5 cm h = 1cm

K = 312 kg.f/cm2 Spesimen 2

σ (Tegangan) = Wmaks = 42,5 kg.f

(Regangan) = 26,26 mm/menit l = 8 cm

b = 1,5 cm h = 1cm

K = 340 kg.f/cm2 K rata-rata = 326 kg.f/cm2

2 1

(2)

Lampiran H

Foto-foto Hasil Penelitian

Bahan resin Polyester YUCOLAX 157 BQTN-FR (series) 100%

Penimbangan Serat Sabut Kelapa

(3)

Serat Susunan Acak

Pengadukan resin dan katalis MEKPO

(4)

Hasil Papan Komposit Serat Susun Searah

Pengujian Kelenturan

(5)

Pengujian Tarik

Peneliti sedang melakukan uji tarik

(6)

Peneliti sedang melakukan uji impak

Pengujian Kemampuan Nyala Api

Pengaruh Orientasi Serat Sabut Kelapa Dengan Resin Polyester Terhadap Karakteristik Papan Lembaran

TESIS

Oleh

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA

DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP

KARAKTERISTIK PAPAN LEMBARAN

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika

pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA

Universitas Sumatera Utara

Oleh

N U R M A U L I T A

087026020/FIS

PENGESAHAN TESIS

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA

DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP

KARAKTERISTIK PAPAN LEMBARAN

TESIS

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

PENGARUH ORIENTASI SERAT SABUT KELAPA

DENGAN RESIN POLYESTER TERHADAP

KARAKTERISTIK PAPAN LEMBARAN

A

F

=

σ

l

l

l

l

l

Δ

=

−

=

ε

ε

σ

=

E

σ

2

3

bh

Wl

K

=

σ

(

σ

σ

(

σ

σ

(

σ

(

Parts

Dokumen yang terkait

Pengaruh Cara Pengeritingan Serat Sabut Kelapa dan Jumlah Karet Terhadap Karakteristik Serat Sabut Kelapa Berkaret (Sebutret)

Pengaruh Perlakuan Alkali, Fraksi Volume Serat, dan Panjang Serat terhadap Kekuatan Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa - Polyester

Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit

Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit

Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit

Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit

Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit

Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit

Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit

Pengaruh Persentase Serat Sabut Kelapa dan Resin Polyester Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Papan Beton Ringan

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan