ANALISIS PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN BENDING KOMPOSIT PARTIKEL TEMPURUNG KELAPA - POLYESTER
ABSTRAK
ANALISIS PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME TERHADAP
KEKUATAN TARIK DAN BENDING KOMPOSIT
PARTIKEL TEMPURUNG KELAPA - POLYESTER
Oleh
BERTHONI CHANDRA
Komposit terdiri dari dua bahan penyusun, yaitu bahan utama sebagai bahan
pengikat (matrik) dan penguat (reinforcement). Tujuan dari penelitian ini adalah
untuk mengetahui pengaruh variasi fraksi volume terhadap kekuatan tarik dan
bending serta menganalisis kegagalan yang terjadi pada penampang patahan
specimen uji. Pada penelitian ini menggunakan resin unsaturated polyester
Yukalac® 157 BQTN-EX dan partikel tempurung kelapa. Ukuran partikel yang
digunakan 0,425 – 0,595 mm berdasarkan standar ASTM C136. Partikel diberi
perlakuan alkali 5% NaOH selama 2 jam guna mendapatkan permukaan penguat
yang bersih dan dikeringkan. Partikel tempurung kelapa dicampur dengan resin
untuk dibuat komposit dengan variasi fraksi volume 10%, 15%, dan 20%. Setelah
itu pada komposit dilakukan post-cure pada temperatur 620C selama 4 jam.
Pengujian yang dilakukan uji tarik, uji bending, dan pengamatan SEM.
Hasil penelitian menunjukkan kekuatan tarik dan bending meningkat seiring
dengan meningkatnya fraksi volume partikel tempurung kelapa. Kekuatan tarik
tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume 20% partikel sebesar 29,06
MPa dan kekuatan tarik terendah ada pada komposit dengan fraksi volume 10%
sebesar 13,39 MPa. Kekuatan bending tertinggi terdapat pada komposit dengan
fraksi volume 20% partikel sebesar 61,69 MPa dan kekuatan bending terendah
ada pada komposit dengan fraksi volume 10% sebesar 47,006 MPa. Dibandingkan
dengan resin murni, partikel tempurung kelapa mampu meningkatkan kekuatan
tarik dan bending pada komposit.
Pada pengamatan penampang patahan spesimen yang telah dilakukan uji tarik dan
bending dengan SEM (Scanning Electron Microscope), masih terdapat kegagalan
pull out dan debonding pada setiap penampang patahan spesimen uji menunjukan
kekuatan bonding antara matrik dan partikel masih kurang maksimal, fiber
breaking pada penampang patahan meningkat seiring dengan meningkatnya fraksi
volume, fiber breaking terjadi karena penguat dan matrik secara bersamaan dalam
menahan beban saat dilakukan pengujian.
Kata kunci : Komposit, polyester, kekuatan tarik, Kekuatan Bending, partikel
Tempurung kelapa, Post Curing, SEM, pull out, debonding, fiber breaking.
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Meningkatnya penggunaan dan pemanfaatan serat-serat alami sebagai penguat
terhadap komposit dewasa ini semakin berkembang, hal ini dipengaruhi oleh
biaya produksi serta persaingan pasar yang tinggi. Dengan demikian
meningkatkan ketertarikan untuk melakukan penelitian dalam menggunakan
limbah industri dan agrikultur sebagai bahan pengisi alternatif pada komposit
polimer.
Dalam perkembangannya penelitian dibidang komposit lebih difokuskan pada
komposit polimer yang diperkuat dengan bahan yang mengandung selulosa dan
lignoselulosa seperti kayu, kelapa sawit, abu sekam padi yang merupakan sisa dari
hasil pertanian maupun industri selain murah Penggunaan berbagai pengisi ini
sebagai pengganti pengisi anorganik memberikan banyak kelebihan dalam aspek
kehidupan serta menunjukkan peningkatan pada modulus young dan kekerasan
pada komposit [1].
Tempurung kelapa merupakan salah satu bahan pengisi alami yang banyak
terdapat dinegara-negara beriklim tropis seperti Indonesia, Malaysia, Thailand,
Srilangka dan masih banyak negara beriklim tropis lainnya. Menurut Biro
Statistik Pertanian – Filipina, bahwa Indonesia merupakan negara penghasil
2
kelapa terbesar di dunia [2]. Dan menurut Badan Pusat Statistik Indonesia, Provinsi
Lampung masuk dalam kategori 12 besar, provinsi yang menghasilkan produksi
kelapa terbanyak se-Indonesia yaitu mencapai 111.411 Ton/tahun[3].
Berdasarkan studi pustaka, Lampung merupakan salah satu sentra industri
penghasil nata de coco dimana limbah industri tersebut berupa tempurung kelapa
yang banyaknya sekitar 181.000 – 196.000 butir perhari. Selain dari limbah
industri, limbah berupa tempurung kelapa juga dihasilkan oleh rumah tangga[4].
Selain limbah tempurung kelapa mudah didapatkan di Provinsi Lampung,
tempurung kelapa merupakan salah satu bahan alternatif penguat komposit alami
yang berpotensi karena memiliki sifat modulus elastisitas dan kekuatan yang
tinggi[4] dan hasil penelitian komposit partikel tempurung kelapa yang telah
dilakukan kekuatan tarik dan bending masih dirasa kurang maksimal. Hal inilah
yang melatar belakangi peneliti untuk melakukan penelitian terhadap komposit
polimer dengan penguat alami berupa partikel tempurung kelapa dengan
menggunakan resin polyester sebagai matrik dengan harapan mendapatkan
kekuatan yang lebih baik.
Pada penelitian ini dilakukan pengujian tarik dan bending pada komposit dan
pengamatan dengan SEM pada penampang patahan komposit untuk mengetahui
kegagalan yang terjadi pada komposit berpenguat alami partikel tempurung
kelapa.
3
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui Pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarik dan
kekuatan bending komposit berbahan penguat dengan partikel tempurung
kelapa.
2. Menganalisis mekanisme kegagalan pada patahan komposit dengan SEM
(Scanning Electron Microscope).
C. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini, yaitu:
1. Penelitian dilakukan secara eksperimental (uji tarik) dengan pengujian
tarik standar ASTM D3039-00 dan pengujian bending standar ASTM
D790-92.
2. Distribusi partikel tempurung kelapa pada komposit diasumsikan merata
dan ikatan antara partikel dan matrik sempurna.
3. Partikel yang digunakan adalah partikel tempurung kelapa.
4. Pengamatan SEM dilakukan pada penampang patahan spesimen uji tarik.
5. Resin yang digunakan adalah resin poliester tak jenuh YUKALAC 157
BQTN-EX dengan hardener MEKPO.
4
D. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan dari penelitian ini adalah:
BAB I
:
PENDAHULUAN
Terdiri atas latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan
sistematika penulisan dari penelitian ini.
BAB II
:
TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang dasar teori mengenai hal-hal yang bekaitan
dengan penelitian ini.
BAB III
:
METODOLOGI PENELITIAN
Terdiri atas hal-hal yang berhubungan dengan pelaksanaan
penelitian, yaitu tempat penelitian, bahan penelitian, peralatan
penelitian, prosedur pengujian dan diagram alir pelaksanaan
penelitian.
BAB IV
:
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan hasil penelitian dan pembahasan dari data-data yang
diperoleh setelah pengujian.
BAB V
:
SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang
ingin disampaikan dari penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan referensi - referensi yang digunakan dalam penulisan
tugas akhir ini.
LAMPIRAN
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan pengujian yang dilakukan pada komposit partikel tempurung kelapa,
maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Kekuatan tarik komposit partikel tempurung kelapa meningkat seiring
dengan meningkatnya fraksi volume partikel. Komposit dengan 20%
partikel tempurung kelapa memiliki kekuatan tarik, dan modulus
elastisitas tertinggi yaitu 29,06 Mpa, dan 1,049 Gpa.
.
2. Kekuatan bending komposit partikel tempurung kelapa juga berbanding
lurus dengan seiringnya meningkatnya fraksi volume partikel. Komposit
dengan 20% partikel tempurung kelapa memiliki kekuatan bending,
momen bending tertinggi yaitu 61,69 Mpa dan 1208,33Nmm.
3. Pada spesimen uji tarik untuk ketiga fraksi volume partikel, fiber breaking
meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan partikel dalam
komposit. Sebaliknya, pull-out, debonding berkurang dan retakan pada
matrik semakin pendek seiring dengan meningkatnya kandungan partikel.
Hal ini membuat komposit dengan fraksi volume 20% memiliki kekuatan
tarik yang tertinggi.
61
4. Pada spesimen uji bending untuk ketiga variasi fraksi volume partikel,
terjadi fiber breaking. Fiber breaking menunjukkan bahwa partikel dan
matrik mampu menahan beban secara bersamaan. Matrik bersifat getas
yang ditunjukkan dengan adanya matrik cracking pada daerah yang
mengalami gaya tarik. Fiber breaking yang terjadi pada penampang
patahan meningkat seiring bertambahnya kandungan partikel. Hal ini yang
membuat kekuatan bending semakin meningkat seiring bertambah fraksi
volume.
5. Pull out dan debonding pada penampang patahan spesimen uji,
mengindikasikan bahwa kekuatan bonding antara partikel tempurung
kelapa dengan matrik kurang maksimal. Sehingga partikel tidak dapat
menyerap energi secara maksimal saat dilakukan pembebanan.
6. Berdasarkan NES M8012 compound filler polypropylene kekuatan tarik
dan kekuatan bending yang dibutuhkan untuk pembuatan dashboard, lamp
housing mobil sebesar 25 MPa dan 34 MPa. Dari data kekuatan tarik dan
bending dari penelitian ini, komposit partikel tempurung kelapa dapat
diaplikasikan dalam pembuatan produk tersebut akan tetapi perlu
dilakukan uji produk lebih lanjut, seperti; uji tekan produk, impact dan
sebagainya.
62
B. Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut pada komposit partikel tempurung kelapa
ini guna mendapatkan kekuatan komposit yang lebih baik. Hal yang dapat
disarankan yaitu mengadakan penelitian dengan fraksi volume yang lebih tinggi
guna mendapatkan batas volume partikel tertinggi yang memiliki kekuatan
mekanik terbaik, melakukan modifikasi kimia penguat dengan menggunakan
bahan kimia lainnya, mengkombinasikan partikel tempurung kelapa dengan serat
alam yang memiliki sifat bahan yang lentur seperti serat bamboo atau rotan guna
mendapatkan komposit yang memiliki kekuatan mekanik yang lebih handal.
ANALISIS PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME TERHADAP
KEKUATAN TARIK DAN BENDING KOMPOSIT
PARTIKEL TEMPURUNG KELAPA - POLYESTER
Oleh
BERTHONI CHANDRA
Komposit terdiri dari dua bahan penyusun, yaitu bahan utama sebagai bahan
pengikat (matrik) dan penguat (reinforcement). Tujuan dari penelitian ini adalah
untuk mengetahui pengaruh variasi fraksi volume terhadap kekuatan tarik dan
bending serta menganalisis kegagalan yang terjadi pada penampang patahan
specimen uji. Pada penelitian ini menggunakan resin unsaturated polyester
Yukalac® 157 BQTN-EX dan partikel tempurung kelapa. Ukuran partikel yang
digunakan 0,425 – 0,595 mm berdasarkan standar ASTM C136. Partikel diberi
perlakuan alkali 5% NaOH selama 2 jam guna mendapatkan permukaan penguat
yang bersih dan dikeringkan. Partikel tempurung kelapa dicampur dengan resin
untuk dibuat komposit dengan variasi fraksi volume 10%, 15%, dan 20%. Setelah
itu pada komposit dilakukan post-cure pada temperatur 620C selama 4 jam.
Pengujian yang dilakukan uji tarik, uji bending, dan pengamatan SEM.
Hasil penelitian menunjukkan kekuatan tarik dan bending meningkat seiring
dengan meningkatnya fraksi volume partikel tempurung kelapa. Kekuatan tarik
tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume 20% partikel sebesar 29,06
MPa dan kekuatan tarik terendah ada pada komposit dengan fraksi volume 10%
sebesar 13,39 MPa. Kekuatan bending tertinggi terdapat pada komposit dengan
fraksi volume 20% partikel sebesar 61,69 MPa dan kekuatan bending terendah
ada pada komposit dengan fraksi volume 10% sebesar 47,006 MPa. Dibandingkan
dengan resin murni, partikel tempurung kelapa mampu meningkatkan kekuatan
tarik dan bending pada komposit.
Pada pengamatan penampang patahan spesimen yang telah dilakukan uji tarik dan
bending dengan SEM (Scanning Electron Microscope), masih terdapat kegagalan
pull out dan debonding pada setiap penampang patahan spesimen uji menunjukan
kekuatan bonding antara matrik dan partikel masih kurang maksimal, fiber
breaking pada penampang patahan meningkat seiring dengan meningkatnya fraksi
volume, fiber breaking terjadi karena penguat dan matrik secara bersamaan dalam
menahan beban saat dilakukan pengujian.
Kata kunci : Komposit, polyester, kekuatan tarik, Kekuatan Bending, partikel
Tempurung kelapa, Post Curing, SEM, pull out, debonding, fiber breaking.
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Meningkatnya penggunaan dan pemanfaatan serat-serat alami sebagai penguat
terhadap komposit dewasa ini semakin berkembang, hal ini dipengaruhi oleh
biaya produksi serta persaingan pasar yang tinggi. Dengan demikian
meningkatkan ketertarikan untuk melakukan penelitian dalam menggunakan
limbah industri dan agrikultur sebagai bahan pengisi alternatif pada komposit
polimer.
Dalam perkembangannya penelitian dibidang komposit lebih difokuskan pada
komposit polimer yang diperkuat dengan bahan yang mengandung selulosa dan
lignoselulosa seperti kayu, kelapa sawit, abu sekam padi yang merupakan sisa dari
hasil pertanian maupun industri selain murah Penggunaan berbagai pengisi ini
sebagai pengganti pengisi anorganik memberikan banyak kelebihan dalam aspek
kehidupan serta menunjukkan peningkatan pada modulus young dan kekerasan
pada komposit [1].
Tempurung kelapa merupakan salah satu bahan pengisi alami yang banyak
terdapat dinegara-negara beriklim tropis seperti Indonesia, Malaysia, Thailand,
Srilangka dan masih banyak negara beriklim tropis lainnya. Menurut Biro
Statistik Pertanian – Filipina, bahwa Indonesia merupakan negara penghasil
2
kelapa terbesar di dunia [2]. Dan menurut Badan Pusat Statistik Indonesia, Provinsi
Lampung masuk dalam kategori 12 besar, provinsi yang menghasilkan produksi
kelapa terbanyak se-Indonesia yaitu mencapai 111.411 Ton/tahun[3].
Berdasarkan studi pustaka, Lampung merupakan salah satu sentra industri
penghasil nata de coco dimana limbah industri tersebut berupa tempurung kelapa
yang banyaknya sekitar 181.000 – 196.000 butir perhari. Selain dari limbah
industri, limbah berupa tempurung kelapa juga dihasilkan oleh rumah tangga[4].
Selain limbah tempurung kelapa mudah didapatkan di Provinsi Lampung,
tempurung kelapa merupakan salah satu bahan alternatif penguat komposit alami
yang berpotensi karena memiliki sifat modulus elastisitas dan kekuatan yang
tinggi[4] dan hasil penelitian komposit partikel tempurung kelapa yang telah
dilakukan kekuatan tarik dan bending masih dirasa kurang maksimal. Hal inilah
yang melatar belakangi peneliti untuk melakukan penelitian terhadap komposit
polimer dengan penguat alami berupa partikel tempurung kelapa dengan
menggunakan resin polyester sebagai matrik dengan harapan mendapatkan
kekuatan yang lebih baik.
Pada penelitian ini dilakukan pengujian tarik dan bending pada komposit dan
pengamatan dengan SEM pada penampang patahan komposit untuk mengetahui
kegagalan yang terjadi pada komposit berpenguat alami partikel tempurung
kelapa.
3
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui Pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarik dan
kekuatan bending komposit berbahan penguat dengan partikel tempurung
kelapa.
2. Menganalisis mekanisme kegagalan pada patahan komposit dengan SEM
(Scanning Electron Microscope).
C. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini, yaitu:
1. Penelitian dilakukan secara eksperimental (uji tarik) dengan pengujian
tarik standar ASTM D3039-00 dan pengujian bending standar ASTM
D790-92.
2. Distribusi partikel tempurung kelapa pada komposit diasumsikan merata
dan ikatan antara partikel dan matrik sempurna.
3. Partikel yang digunakan adalah partikel tempurung kelapa.
4. Pengamatan SEM dilakukan pada penampang patahan spesimen uji tarik.
5. Resin yang digunakan adalah resin poliester tak jenuh YUKALAC 157
BQTN-EX dengan hardener MEKPO.
4
D. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan dari penelitian ini adalah:
BAB I
:
PENDAHULUAN
Terdiri atas latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan
sistematika penulisan dari penelitian ini.
BAB II
:
TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang dasar teori mengenai hal-hal yang bekaitan
dengan penelitian ini.
BAB III
:
METODOLOGI PENELITIAN
Terdiri atas hal-hal yang berhubungan dengan pelaksanaan
penelitian, yaitu tempat penelitian, bahan penelitian, peralatan
penelitian, prosedur pengujian dan diagram alir pelaksanaan
penelitian.
BAB IV
:
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan hasil penelitian dan pembahasan dari data-data yang
diperoleh setelah pengujian.
BAB V
:
SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang
ingin disampaikan dari penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan referensi - referensi yang digunakan dalam penulisan
tugas akhir ini.
LAMPIRAN
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan pengujian yang dilakukan pada komposit partikel tempurung kelapa,
maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Kekuatan tarik komposit partikel tempurung kelapa meningkat seiring
dengan meningkatnya fraksi volume partikel. Komposit dengan 20%
partikel tempurung kelapa memiliki kekuatan tarik, dan modulus
elastisitas tertinggi yaitu 29,06 Mpa, dan 1,049 Gpa.
.
2. Kekuatan bending komposit partikel tempurung kelapa juga berbanding
lurus dengan seiringnya meningkatnya fraksi volume partikel. Komposit
dengan 20% partikel tempurung kelapa memiliki kekuatan bending,
momen bending tertinggi yaitu 61,69 Mpa dan 1208,33Nmm.
3. Pada spesimen uji tarik untuk ketiga fraksi volume partikel, fiber breaking
meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan partikel dalam
komposit. Sebaliknya, pull-out, debonding berkurang dan retakan pada
matrik semakin pendek seiring dengan meningkatnya kandungan partikel.
Hal ini membuat komposit dengan fraksi volume 20% memiliki kekuatan
tarik yang tertinggi.
61
4. Pada spesimen uji bending untuk ketiga variasi fraksi volume partikel,
terjadi fiber breaking. Fiber breaking menunjukkan bahwa partikel dan
matrik mampu menahan beban secara bersamaan. Matrik bersifat getas
yang ditunjukkan dengan adanya matrik cracking pada daerah yang
mengalami gaya tarik. Fiber breaking yang terjadi pada penampang
patahan meningkat seiring bertambahnya kandungan partikel. Hal ini yang
membuat kekuatan bending semakin meningkat seiring bertambah fraksi
volume.
5. Pull out dan debonding pada penampang patahan spesimen uji,
mengindikasikan bahwa kekuatan bonding antara partikel tempurung
kelapa dengan matrik kurang maksimal. Sehingga partikel tidak dapat
menyerap energi secara maksimal saat dilakukan pembebanan.
6. Berdasarkan NES M8012 compound filler polypropylene kekuatan tarik
dan kekuatan bending yang dibutuhkan untuk pembuatan dashboard, lamp
housing mobil sebesar 25 MPa dan 34 MPa. Dari data kekuatan tarik dan
bending dari penelitian ini, komposit partikel tempurung kelapa dapat
diaplikasikan dalam pembuatan produk tersebut akan tetapi perlu
dilakukan uji produk lebih lanjut, seperti; uji tekan produk, impact dan
sebagainya.
62
B. Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut pada komposit partikel tempurung kelapa
ini guna mendapatkan kekuatan komposit yang lebih baik. Hal yang dapat
disarankan yaitu mengadakan penelitian dengan fraksi volume yang lebih tinggi
guna mendapatkan batas volume partikel tertinggi yang memiliki kekuatan
mekanik terbaik, melakukan modifikasi kimia penguat dengan menggunakan
bahan kimia lainnya, mengkombinasikan partikel tempurung kelapa dengan serat
alam yang memiliki sifat bahan yang lentur seperti serat bamboo atau rotan guna
mendapatkan komposit yang memiliki kekuatan mekanik yang lebih handal.