Telah diuji pada Tanggal : 14 JUNI 2011
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua
: Prof. Drs. H. Muhammad Syukur, MS Anggota
: 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS 2. Dr. Kerista Sebayang, MS
3. Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc 4. Drs. Syahrul Humeidi, M.Sc
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI
Nama lengkap :
Dwi Harwita Sari Siregar, S.Pd. Tempat dan Tanggal Lahir
: Medan, 25 Maret 1983
Alamat Rumah
: Jl. Kiwi 25 No. 555 Perumnas Mandala Medan – 20226
TeleponHP :
061-7347443 0812 637 5459 e-mail :
dwiharwitasarigmail.com 8
Instansi Tempat Bekerja :
SMA UISU Medan Alamat
Kantor : Jl.H.Bahrum Jamil,SH Gg. UISU
No.2 Teladan Barat Medan – 20217 Telepon HP
: 061-7867984 0812 640 4908
DATA PENDIDIKAN
SD :
SD Negeri 060786 Medan Tamat
: 1995
SMP :
SMP Negeri 1 Medan Tamat
: 1998
SMA :
SMA Negeri 6 Medan Tamat
: 2001
Strata 1 :
FMIPA UNIMED Tamat
: 2006
Strata 2 :
FMIPA USU Tamat
: 2011
Universitas Sumatera Utara
i
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Dengan selesainya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Pemerintah Provinsi Sumatera Utara, Kepala Dinas Tk. 1 dan Tk. 2 yang telah
memberikan bantuan dana sehingga penulis dapat melaksanakan Program Studi Magister Imu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas
Sumatera Utara.
2. Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTMH, M.Sc CTM,Sp.AK atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk
mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains. 3. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M.Sc atas
kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
4. Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc.
Sekretaris Program Studi Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Fisika Program
Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
5. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-setingginya penulis ucapkan kepada Prof. Drs. H. Mohammad Syukur, MS selaku Pembimbing
Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr. Anwar Dharma Sembiring,
MS selaku Pembimbing Lapangan yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.
6. Kepada Ayahanda H. Herman L Siregar, BSc,M.Pd dan Ibunda Dra. Tati Rostiati Nst Almh dan juga Ibunda Hj. Wan Fatimah, SH. Terima kasih atas
segala pengorbanan kalian baik berupa moril maupun materil, budi baik ini tidak dapat dibalas hanya diserahkan kepada Allah SWT. Tuhan Yang Maha
Esa.
7. Kepada suami tercinta dan tersayang Alinur Chandra Sitorus, S.Pd, kepada orang-orang yang penulis sayangi Fridayuni Lestari Siregar, S.Pd, M.Si
Kakanda, Rahmad Angga Nugraha Siahaan, Raiqah Salsabila Siahaan dan Alya Ramadhani Siregar Keponakan, Sertu Darmawansyah Putra Siregar
Adinda, dan Rahmi Zulfina Sepupu yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada Penulis selama dalam pendidikan dan waktu penulisan tesis
ini.
Universitas Sumatera Utara
ii Ucapan terimakasih yang tulus penulis sampaikan kepada rekan-rekan
Mahasiswa Sekolah Pascasarjana Program Studi Magister Ilmu Fisika Universitas Sumatera Utara angkatan 20092010 yang telah memberikan semangat dan
dukungan kepada penulis selama dalam pendidikan dan penulisan tesis ini. Semoga ini menjadi kebanggaan semua orang-orang yang saya cintai. Semoga
kita tetap diberi Taufik dan HidayahNya dalam memanfaatkan segala ilmu yang sudah penulis terima, Amin.
Medan, Juni 2011 DWI HARWITA SARI SIREGAR
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT PAPAN PARTIKEL DARI BAHAN POLIPROPILENA
DAUR ULANG DENGAN SERBUK KAYU SEMBARANG
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan papan partikel komposit berbahan baku serbuk kayu sebagai pengisi dan polipropilen daur ulang sebagai pengikat terhadap
sifat fisis dan sifat mekanis yang memenuhi standar mutu. Standar mutu SNI 03- 2105-2006 dijadikan referensi pembanding hasil pengujian. Tahap penelitian dimulai
dari persiapan bahan, perhitungan fraksi volume, pencampuran, dan pembentukan papan partikel sampai pada pengujian. Untuk mengetahui karakteristik papan partikel
dilakukan Pengujian sifat fisis kerapatan, kadar air, pengembangan tebal dan pengujian sifat mekanis MOR, MOE, Impak, kuat rekat internal dengan komposisi
variasi fraksi berat PP:SK 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, Papan partikel yang dihasilkan tergolong jenis papan partikel berkerapatan sedang 0,58 grcm
3
– 0,70 grcm
3
, dengan kadar air 0,30 - 2,39 , serta pengembangan tebal 7,14 - 11,41 . Sedangkan hasil pengujian mekanis, MOR = 101,86 Kgfcm
2
– 200,17 Kgfcm
2
, MOE = 0,42 x 10
4
Kgfcm
2
- 0,68 x 10
4
Kgfcm
2
, kuat impak = 2,05 Joulecm
2
– 3,38 Joulecm
2
, dan kuat rekat internal = 1,93 Kgfcm
2
- 5,10 Kgfcm
2
. Hasil penelitian menunjukkan secara umum papan partikel PP daur ulang dan serbuk kayu sembarang
telah memenuhi standar SNI 03-2105-2006. Kata Kunci : papan partikel, komposit, Serbuk Kayu, Polipropilena, Sifat Fisik dan
Sifat Mekanik.
Universitas Sumatera Utara
iv
MANUFACTURE AND CHARACTERIZATION OF COMPOSITE PARTICLE BOARD FROM RECYCLED POLYPROPYLENE
MATERIAL WITH ARBRITRARY SAWDUST
ABSTRACT
A research to produce of composite particle board made from sawdust as a filler and recycled polypropylene as a matriks on the physical properties and mechanical
properties that meet quality standart. Indonesian standard of SNI 03-2105-2006 used for reference of test result. The experiment started by preparation of material
calculation of the volume fraction, mixing, forming of particle board, and test. The particle board characteristic was tested using physical properties Density, Water
Content, The Development Of Thick and mechanical properties MOR, MOE, Impact, Strong Internal Adhesive with the composition variation of weight fraction of
PP:SK 30:70, 40:60, 50 : 50, 60:40, 70:30, The resulting particle board classified the type of particle board medium density was 0.58 grcm
3
to 0.70 grcm
3
, with water content from 0.30 to 2.39, and the development of thickness from 7.14 to 11.41.
While the results of mechanical testing, MOR = 101.86 kgfcm
2
to 200.17 kgfcm
2
, MOE = 0.42 x 10
4
kgfcm
2
to 0.68 x 10
4
Kgfcm
2
, a strong impact = 2.05 Joulecm
2
to 3.38 Joulecm
2
, and strong internal adhesive = 1.93 kgfcm
2
to 5.10 kgfcm
2
. General Results showed PP recycled particle board and any sawdust has met standard SNI
03-2105-2006. Key word : particle board, composite, Sawdust Waste Wood Floor, Polipropilena,
Physical properties and Mechanical Properties. iv
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR
i ABSTRAK iii
ABSTRACT iv DAFTAR ISI
v DAFTAR TABEL
viii DAFTAR GAMBAR
ix DAFTAR LAMPIRAN
x
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Permasalahan
3 1.3
Batasan Masalah
3 1.4
Tujuan Penelitian
4 1.5
Manfaat Penelitian
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 Sifat
Kayu 5
2.2 Serbuk
Kayu 6
2.3 Polimer
8 2.3.1 Polimer Berdasarkan Asalnya
8 2.3.2 Polimer Berdasarkan Sifat Thermalnya
9 2.3.3 Polimer Berdasarkan Reaksi Pembentuknya
10 2.4
Limbah Plastik
12 2.5
Polipropilena 13
2.6 Komposit
15 2.6.1
Klasifikasi Bahan
Komposit 16
2.6.2 Tipe Komposit Serat 17
2.6.3 Faktor Yang Mempengaruhi Performa Komposit 19
Universitas Sumatera Utara
vi 2.7
Pencampuran Polimer
22 2.7.1 Pencampuran Polipropilena Dengan Serbuk Kayu
22 2.7.2 Kompatibilitas Pencampuran Polipropilena Dengan
Serbuk Kayu
23 2.8
Papan Partikel
23 2.81
Pengertian Papan Partikel 23
2.8.2 Kegunaan Papan Partikel 26
2.8.3 Pola Pemotongan Contoh Uji Papan Partikel 26
2.8.4 Prosedur
Pengujian 27
2.8.5 Karakterisasi Papan Partikel 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 35
3.1 Lokasi
Penelitian 35
3.2 Alat dan Bahan 35
3.2.1 Alat Yang Digunakan 35
3.2.2 Bahan Yang Digunakan 35
3.3 Variabel
Penelitian 35
3.3.1 Variabel
Bebas 35
3.3.2 Variabel
Terikat 36
3.4 Diagram Alir Penelitian 36
3.4.1 Penyiapan
Polipropilena 36
3.4.2 Penyiapan Serbuk Kayu 37
3.4.3 Pembuatan Papan Partikel Komposit 38
3.5 Proses Pembuatan Papan Partikel 39
3.5.1 Persiapan Contoh Uji 39
3.5.2 Blending
39 3.5.3 Pembuatan Lembaran dan Pengempaan
40 3.5.4
Pengkondisian 40
Universitas Sumatera Utara
vii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 41
4.1 Sifat Fisis Papan Partikel 41
4.1.1 Kerapatan
41 4.1.2
Kadar Air
43 4.1.3
Pengembangan Tebal
43 4.2 Sifat Mekanis Papan Partikel
46 4.2.1 MOR Modulus of Rupture
46 4.2.2 MOE Modulus of Elasticity
47 4.2.3 Pengujian Kuat Impak
49 4.2.4 Pengujian Kuat Rekat Internal
50 4.3 Hasil Perangkingan Kualitas Papan Partikel
51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
53
5.1 Kesimpulan 53
5.2 Saran
54 DAFTAR
PUSTAKA 55
LAMPIRAN A
L-1 LAMPIRAN
B L-2
LAMPIRAN C
L-3 LAMPIRAN
D L-4
LAMPIRAN E
L-5 LAMPIRAN
F L-6
LAMPIRAN G
L-7 LAMPIRAN
H L-8
LAMPIRAN I
L-9
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
J u d u l Halaman
2.1 2.2
3.1 4.1
Karakteristik Polipropilena Sifat Fisis dan Mekanis Papan Partikel
Tabel Perbandingan Komposisi PP dan Serbuk Kayu Data Perangkingan Kualitas Papan Partikel
14 27
40 51
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar
J u d u l Halaman
2.1 2.2
2.3 2.4
2.5 2.6
2.7 2.8
2.9 2.10
2.11 3.1
3.2 3.3
4.1 4.2
4.3 4.4
4.5 4.6
4.7 Polimer Adisi
Polimer Kondensasi Klasifikasi Bahan Komposit
Tipe Discontinuous Fiber Tipe Komposit Serat
Tiga Tipe Orientasi Pada Reinforcement Ukuran Sampel Uji
Alat UTM Pemasangan Benda Uji MOR dan MOE
Alat Pengujian Impak Uji Kuat Rekat Internal
Diagram Alir Penyiapan PP Daur Ulang Diagram Alir Persiapan Serbuk Kayu
Diagram Alir Pembuatan Papan Partikel Grafik Hasil Nilai Kerapatan
Grafik Hasil Nilai Kadar Air Grafik Hasil Nilai Pengembangan Tebal
Grafik Hasil Nilai MOR Grafik Hasil Nilai MOE
Grafik Hasil Nilai Kuat Impak Grafik Hasil Nilai Kuat Rekat Internal
10 12
17 18
18 20
26 30
31 32
34 36
37 38
41 43
45 46
48 49
50
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
J u d u l Halaman
A B
C D
E F
G H
I Gambar Bahan dan Alat Pengujian Papan Partikel
Tabel Data Perhitungan Kerapatan PP DU dan SK Tabel Data Perhitungan Kadar Air PP DU dan SK
Tabel Data Perhitungan Pengembangan Tebal PP DU dan SK Tabel Data Perhitungan MOR Kuat Patah PP DU dan SK
Tabel Data Perhitungan MOE PP DU dan SK Tabel Data Perhitungan Kuat Impak PP DU dan SK
Tabel Data Perhitungan Kuat Rekat Internal PP DU dan SK Kurva Tegangan – Regangan Pengujian MOR dan MOE
L-1 L-2
L-3 L-4
L-5 L-6
L-7 L-8
L-9
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT PAPAN PARTIKEL DARI BAHAN POLIPROPILENA
DAUR ULANG DENGAN SERBUK KAYU SEMBARANG
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan papan partikel komposit berbahan baku serbuk kayu sebagai pengisi dan polipropilen daur ulang sebagai pengikat terhadap
sifat fisis dan sifat mekanis yang memenuhi standar mutu. Standar mutu SNI 03- 2105-2006 dijadikan referensi pembanding hasil pengujian. Tahap penelitian dimulai
dari persiapan bahan, perhitungan fraksi volume, pencampuran, dan pembentukan papan partikel sampai pada pengujian. Untuk mengetahui karakteristik papan partikel
dilakukan Pengujian sifat fisis kerapatan, kadar air, pengembangan tebal dan pengujian sifat mekanis MOR, MOE, Impak, kuat rekat internal dengan komposisi
variasi fraksi berat PP:SK 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, Papan partikel yang dihasilkan tergolong jenis papan partikel berkerapatan sedang 0,58 grcm
3
– 0,70 grcm
3
, dengan kadar air 0,30 - 2,39 , serta pengembangan tebal 7,14 - 11,41 . Sedangkan hasil pengujian mekanis, MOR = 101,86 Kgfcm
2
– 200,17 Kgfcm
2
, MOE = 0,42 x 10
4
Kgfcm
2
- 0,68 x 10
4
Kgfcm
2
, kuat impak = 2,05 Joulecm
2
– 3,38 Joulecm
2
, dan kuat rekat internal = 1,93 Kgfcm
2
- 5,10 Kgfcm
2
. Hasil penelitian menunjukkan secara umum papan partikel PP daur ulang dan serbuk kayu sembarang
telah memenuhi standar SNI 03-2105-2006. Kata Kunci : papan partikel, komposit, Serbuk Kayu, Polipropilena, Sifat Fisik dan
Sifat Mekanik.
Universitas Sumatera Utara
iv
MANUFACTURE AND CHARACTERIZATION OF COMPOSITE PARTICLE BOARD FROM RECYCLED POLYPROPYLENE
MATERIAL WITH ARBRITRARY SAWDUST
ABSTRACT
A research to produce of composite particle board made from sawdust as a filler and recycled polypropylene as a matriks on the physical properties and mechanical
properties that meet quality standart. Indonesian standard of SNI 03-2105-2006 used for reference of test result. The experiment started by preparation of material
calculation of the volume fraction, mixing, forming of particle board, and test. The particle board characteristic was tested using physical properties Density, Water
Content, The Development Of Thick and mechanical properties MOR, MOE, Impact, Strong Internal Adhesive with the composition variation of weight fraction of
PP:SK 30:70, 40:60, 50 : 50, 60:40, 70:30, The resulting particle board classified the type of particle board medium density was 0.58 grcm
3
to 0.70 grcm
3
, with water content from 0.30 to 2.39, and the development of thickness from 7.14 to 11.41.
While the results of mechanical testing, MOR = 101.86 kgfcm
2
to 200.17 kgfcm
2
, MOE = 0.42 x 10
4
kgfcm
2
to 0.68 x 10
4
Kgfcm
2
, a strong impact = 2.05 Joulecm
2
to 3.38 Joulecm
2
, and strong internal adhesive = 1.93 kgfcm
2
to 5.10 kgfcm
2
. General Results showed PP recycled particle board and any sawdust has met standard SNI
03-2105-2006. Key word : particle board, composite, Sawdust Waste Wood Floor, Polipropilena,
Physical properties and Mechanical Properties. iv
Universitas Sumatera Utara
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 LATAR
BELAKANG
Kemajuan dibidang teknologi bahan dewasa ini sangat pesat,baik dibidang material logam dan bukan logam. salah satu jenis bahan bukan logam yang
banyak diteliti orang adalah material komposit. Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler bahan pengisi yang digunakan dalam pembuatan
komposit, biasanya berupa serat atau serbuk, dan matrik bahan pengikat serat menjadi satu struktur komposit. Menurut Gibson R.F, 1994 matriks dalam
struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam maupun keramik. Karena sifat dan karakteristik yang unik kayu merupakan bahan yang
paling banyak digunakn untuk keperluan konstruksi. potensi hutan yang terus berkurang menuntut penggunaan kayu secara efisien dan bijaksana, antara lain
dengan memanfaatkan limbah berupa serbuk kayu menjadi produk yang bermanfaat.
Dilain pihak, salah satu yang menjadi permasalahan akut adalah limbah plastik. kebutuhan akan plastik terus meningkat sebagai konsekuensinya,
peningkatan limbah plastik pun tidak terelakkan. Limbah plastik merupakan bahan yang tidak dapat terdekomposisi oleh mikroorganisme pengurai
nonbiodegradabel sehingga penumpukkannya dialam dikhawatirkan akan menimbulkan masalah lingkungan.
Perkembangan teknologi, khususnya di bidang papan kompoosit, telah menghasilkan produk komposit yang merupakan gabungan antara serbuk kayu
dengan plastik daur ulang. Teknologi ini berkembang pada awal 1990-an di jepang dan amerika serikat. Dengan teknologi ini dimungkinkan pemanfaatan
serbuk kayu dan plastik daur ulang secara maksimal, dengan demikian akan menekan jumlah limbah yang dihasilkan. Di indonesia penelitian tentang produk
ini sangat terbatas, padahal bahan baku limbah potensinya sangat banyak.
Universitas Sumatera Utara
Komposit kayu plastik adalah komposit yang menggabungkan kayu dengan polimer termopalstik. Istilah komposit kayu plastik mencakup bahan
komposit yang sangat luas menggunakan plastik mulai dari polipropilen PP sampai polivinilklorida PVC dan bahan pengisi mulai dari tepung kayu hingga
serat-serat yang dihasilkan tanaman pertanian. Clemons 2002 dalam Febrianto 2005.
Penelitian yang sudah pernah dilakukan tentang pembuatan papan komposit dari serbuk kayu dengan limbah plastik antara lain Setyawati, D 2003,
Lasino dan Dudung, K 2000, Febrianto 2002. Pembuatan komposit dari plastrik dan kayu selain dapat meningkatkan
efisiensi pemanfaatan kayu, juga dapat menghasilkan produk inovatif sebagai bahan pengganti kayu. Keunggulan produk ini antar lain : biaya produksi lebih
murah, bahan bakunya melimpah, kerapatannya rendah, lebih bersifat biodegradable dibanding plastik, memiliki sifat-sifat yang lebih baik
dibandingkan bahan baku asalnya, dapat diaplikasi untuk berbagai keperluan, serta bersifat dapat didaur ulang recycleable.
Bentuk akhir produk komposit kayu plastik umumnya dihasilkan melalui proses ekstruksi. Komposit kayu plastik merupakan produk yang tidak
memerlukan proses lanjut. Beberapa contoh penggunaan produk ini antara lain sebagai komponen interior kendaraan mobil, kereta api, pesawat terbang,
perabot rumah tangga, maupun komponen bangunan jendela, pintu, dinding, lantai dan jembatan. Febrianto 1999
Pemanfaatan produk subtitusi ini bukan hanya mengurangi nilai krisis energi tetapi pembaharuan pada produk kayu dengan pemanfaatan yang optimal
serta menerapkan konsep lestari. Usaha untuk meningkatkan nilai produk yang berasal dari alam dengan menggunakan modifikasi bahan kimia yang inovatif
membuat pemanfaatan bahan berlignoselulosa lebih luas. Selain menambah nilai suatu produk dan tantangan krisis bahan baku juga untuk pengembangan produk
inovatif, menambah teknologi baru, meningkatkan kualitas lingkungan dan industri kayu akan beroperasi dengan mempertimbangkan faktor ekologi yang
seimbang. Keuntungannya, karena material lignoselulosa dapat diperbaharui maka
Universitas Sumatera Utara
dapat diterima sebagai suatu yang lebih baik dibandingkan bahan yang tidak dapat diperbaharui. Hon 1996.
Berdasarkan uraian diatas, maka dilakukan penelitian tentang pembuatan papan partikel yang lebih kuat dan tahan terhadap pengempaan dengan
memperhatikan karakteristik fisik dan mekanik produk yang dihasilkan, dari limbah serbuk kayu sembarang dimanfaatkan bersama dengan plastik
polipropilena daur ulang sebagai matriknya. Kemudian ditentukan bagaimana pengaruh perlakuan yang diberikan terhadap kemampuan fisis dan mekanis,
dengan memvariasikan persentase jumlah pengisi dan matriksnya.
1.2 PERMASALAHAN
Berdasarkan latar belakang diatas, maka permasalahan yang diteliti dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana mengolah serbuk kayu dengan polipropilena daur ulang menjadi
papan partikel ? 2.
Bagaimana pengaruh perbandingan fraksi volume polipropilena daur ulang dengan serbuk kayu sembarang terhadap sifat fisis uji kerapatan, kadar air,
pengembangan tebal dan sifat mekanis MOR, MOE, kuat impak dan kuat rekat internal papan partikel ?
3. Bagaimana peranan serbuk kayu terhadap papan partikel yang dihasilkan
dengan bahan Polipropilena daur ulang ?
1.3 BATASAN MASALAH
Dalam penelitian ini batasan masalah yang diteliti adalah : 1.
Bentuk Spesimen Bentuk spesimen adalah papan partikel dengan fraksi volume PP daur ulang
dan serbuk kayu yaitu 30:70, 40:60, 50:50, 60:40 dan 70:30. 2.
Bahan benda uji Terbuat dari PP daur ulang dan serbuk kayu.
Universitas Sumatera Utara
3. Pengujian komposit
Pengujian yang dilakukan adalah uji fisik yaitu kerapatan, kadar air, pengembangan tebal dan uji mekanik yaitu kuat patah MOR , uji modulus
elatisitas MOE, uji kuat impak dan kuat rekat internal papan partikel.
1.4 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah 1.
Mengolah serbuk kayu dengan PP daur ulang dengan serbuk kayu menjadi papan partikel.
2. Mengetahui pengaruh jumlah fraksi volume serbuk kayu dengan polipropilena
daur ulang terhadap sifat fisis kerapatan, kadar air, pengembangan tebal dan sifat mekanis uji kuat patah MOR, uji modulus elastisitas MOE, uji kuat
impak dan uji kuat rekat internal papan partikel. 3.
Mengetahui peranan PP daur ulang dengan serbuk kayu terhadap karakteristik papan partikel yang dihasilkan.
1.5 MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat dari penelitian yang dilakukan adalah: 1.
Memberikan pemecahan masalah pemanfaatan limbah serbuk gergaji sawdust kayu dan plastik polipropilena daur ulang untuk keperluan
pembuatan papan komposit sehingga pencemaran lingkungan oleh kedua macam limbah tersebut dapat diminimalkan.
2. Memberi informasi pengetahuan tentang pengaruh jumlah fraksi volume
polipropilena daur ulang dengan serbuk kayu terhadap sifat fisis kerapatan, kadar air, pengembangan tebal dan sifat mekanis uji kuat patah MOR, uji
modulus elastisitas MOE, uji kuat impak dan uji kuat rekat internal papan partikel.
3. Mendapatkan bahan pembuat papan partikel dari bahan komposit yang kuat
dan ramah lingkungan.
Universitas Sumatera Utara
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 SIFAT KAYU
Kayu merupakan salah satu material yang banyak dipergunakan sebagai bahan konstruksi bangunan danbahan baku meubel. Berbagai keunggulan kayu
menyebabkan kayu masih banyak diminati para penggunanya walaupun sekarang ini telah banyak material lain seperti baja, beton, plastik, dll yang notabenenya
juga dapat dipergunakan sebagai bahan konstruksi dan meubel. Sebagai produk alam yang tersusun atas karbon 46 C, hydrogen
6H, oksigen 44O serta mineral 1.Panshin, et.al, 1964 mengemukakan bahwa kayu memiliki sifat higroskopis dimana keberadaan sifat ini menyebabkan
kayu dapat menyerap absorpsi dan melepaskan desorpsi air untuk menyesuaikan diri dengan kondisi lingkungannya. Kemampuan absorpsi dan
desorpsi kayu ini berakibat pada besarnya kadar air yang selalu berubah tergantung pada suhu dan kelembaban lingkungan sekitarnya.
Kadar air merupakan banyaknya air yang dikandung kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya Brown, et al, 1952. Tsoumis 1991
mengemukakan bahwa besarnya kadar air dalam pohon hidup bervariasi antara 30-300 tergantung dari spesies pohon, hardwood atau softwood, posisi dalam
batang vertical dan horizontal serta musim salju, semi, panas dan gugur. Dalam sel, keberadaan air dikelompokkan menjadi dua yaitu air bebas
yang terletak pada rongga, memberikan pengaruh berat pada kayu serta air terikat yang terletak pada dinding sel dan mikrofoid yang memberikan pengaruh berat
dan dimensi pada kayu. Jumlah air bebas tergantung porositas dan volume kayu Siau- 1971. Pengaruh perubahan dimensi yang disebabkan karena absorpsi atau
desorpsi air terikat terjadi pada kondisi kadar air dibawah titik jenuh serat TJS. Peristiwa ini dikenal dengan pengembangan dan penyusutan kayu. Penyusutan
kayu selain dipengaruhi oleh kadar air juga dipengaruhi oleh berat jenis kayu.
Universitas Sumatera Utara
Berat jenis memberikan pengaruh hubungan yang linier positif terhadap penyusutan kayu, semakin tinggi berat jenis suatu kayu maka penyusutan kayu
akan semakin tinggi Tsoumis, 1991. Berdasarkan strukturnya pada kayu, sel merupakan komponen terkecil
penyusunan tanaman. Satu unit sel terdiri atas rongga dan dinding sel, dimana ukuran rongga dan ketebalan dinding sel untuk jenis pohon akan berbeda.
Perbedaan inilah yang berakibat terhadap bervariasinya sifat fisis dari suatu jenis. Dengan mengetahui sifat fisis pada kayu diharapkan akan sangat berguna
dalam rangka memanfaatkan kayu secara optimum baik ditinjau dari segi kekuatan, keindahan ataupun lamanya penggunaan.
Skar 1989 mengemukakan bahwa kayu sebagaimana bahan berlignoselulosa lainnya memiliki sifat higroskopis yaitu dapat menyerap atau
melepas air dari lingkungannya. Tsoumis 1991 menambahkan bahwa air yang diserap dapat berupa uap air atau air dalam bentuk air cair.
2.2 SERBUK KAYU WOOD FLOUR
Menurut reineke 1996 dalam craig, et al. 2005 dalam Sujinah, Menyatakan bahwa istilah serbuk kayu “adalah kayu halus yang terpisah
kemudian direduksi menjadi partikel seperti tepung sereal dalam ukuran, penampilan, dan teksturnya”. Atau dengan defenisi lain serbuk kayu biasanya
merujuk pada sebuah partikel yang cukup kecil untuk melewati sebuah saringan dengan ukuran 850 mikron menurut standar amerika sekitar 20 mesh.
Kebutuhan manusia akan kayu sebagai bahan bangunan baik untuk keperluan konstruksi, dekorasi, maupun furniture, terus meningkat seiring dengan
meningkatnya jumlah penduduk. Kebutuhan kayu untuk industri perkayuan di indonesia diperkirakan sebesar 70 juta m³ per tahun denagn kenaikan rata-rata
sebesar 14,2 per tahun sedangkan produksi kayu bulat diperkirakan hanya sebesar 25 juta m³ per tahun, dengan demikian terjadi defisit sebesar 45 juta m³
Priyono 2001. Hal ini menunjukkan bahwa sebenarnya daya dukung hutan sudah tidak dapat memenuhi kebutuhan kayu. Keadaan ini diperparah oleh adanya
konversi hutan alam menjadi lahan pertanian, perladangan berpindah, kebakaran
Universitas Sumatera Utara
hutan, praktik pemanenan yang tidak efisien dan pengembangan infrastruktur yang diikuti oleh perambahan hutan. Kondisi ini menuntut penggunaan kayu
secara efisien dan bijaksana, antar lain melalui konsep the whole tree utilkization, disamping meningkatkan penggunaan bahan berlignoselulosa non kayu, dan
pengembangan produk-produk inovatif sebagai bahan bangunan pengganti kayu Macklin, 2008b.
Patut disayangkan, sampai saat ini kegiatan pemanenan dan pengolahan kayu di Indonesia masih menghasilkan limbah dalam jumlah besar. Purwanto dkk,
1994 menyatakan komposisi limbah pada kegiatan pemanenan dan industri pengolahan kayu adalah sebagai berikut :
1. Pada pemanenan kayu, limbah umumnya berbentuk kayu bulat, mencapai
66,16. 2.
Pada industri penggergajian limbah kayu meliputi serbuk gergaji 10,6. Sebetan 25,9 dan potongan 14,3, dengan total limbah sebesar 50,8 dari
jumlah bahan baku yang digubakan. 3.
Limbah pada industri kayu lapis meliputi limbah potongan 5,6, serbuk gergaji 0,7, sampah vinir basah 24,8, sampah vinir kering 12,6 sisa
kupasan 11,0 dan potongan tepi kayu lapis 6,3. Total limbah kayu lapis ini sebesar 61,0 dari jumlah bahan baku yang digunakan.
Data Departemen Kehutanan dan Perkebunan tahun 19992000 menunjukkan bahwa produksi kayu lapis Indonesia mencapai 4,61 juta m
3
sedangkan kayu gergajian mencapai 2,06 juta m
3
. Dengan asumsi limbah yang dihasilkan mencapai 61 maka diperkirakan limbah kayu yang dihasilkan
mencapai lebih dari 5 juta m
3
BPS, 2000. Selama ini limbah kayu masih banyak menimbulkan masalah dalam
penanganannya yaitu dibiarkan membusuk,ditumpuk, dan dibakar yang kesemuanya berdampak negatife terhadap lingkungan sehingga
penanggulangannya perlu dipikirkan. Salah satu jalan yang dapat ditempuh adalah memanfaatkannya menjadi produk yang bernilai tambah dengan teknologi
aplikatif dan kerakyatan sehinnga hasilnya mudah disosialisakan kepada masyarakat.
Universitas Sumatera Utara
2.3 POLIMER
Polimer poly = banyak; mer = bagian adalah suatu molekul raksasa
makromolekul yang terbentuk dari susunan ulang molekul kecil yang terikat melalui ikatan kimia. Suatu polimer akan terbentuk bila seratus atau seribu unit
molekul yang kecil yang disebut monomer, saling berikatan dalam suatu rantai. Jika monomernya sejenis disebut homopolimer, dan jika monomernya berbeda
akan menghasilkan kopolimer. Komponen utama plastik sebelum membentuk polimer adalah monomer,
yakni rantai yang paling pendek. Polimer merupakan gabungan dari beberapa monomer yang akan membentuk rantai yang sangat panjang. Bila rantai tersebut
dikelompokkan bersama-sam dalam suatu pola acak, menyerupai tumpukan jerami maka disebut amorf, jika teratur hampir sejajar disebut kristalin dengan
sifat yang lebih keras dan tegar Syarief,et,al,1998 dalam nurminah 2002.
2.3.1 Polimer Berdasarkan Asalnya
Plastik mulai dikenal semenjak 3000 tahun yang lalu dalam kehidupan bangsa mesir kuno. Saat itu plastik yang dikenal masih bersifat alami, bersumber
dari tumbuh-tumbuhan dan hewan. Penggunaannya juga terbatas sebagai bahan pelapis dan bahan dekorasi. Plastik sintesis mulai dirintis pada tahun 1846 oleh
schonbein jerman yang memodifikasi selulosa kayu dan tumbuhan dengan asam nitrat untuk membuat plastik sintesis. Plastik yang 100 sintesis dihasilkan dari
penelitian Leo BaekelandBelgia selama tahun 1907 – 1909, yaitu dengan ditemukannya bakelite. Selanjutnya plastik mengalami perkembangan yang pesat
pada tahun 1940-an mula-mula dijerman, kemudian diikuti jepang dan negara industri lainnya.
Polimer regenerasi adalah polimer alam yang dimodifikasi. Contohnya rayon, yaitu serat sintetis yang dibuat dari kayu selulosa. Polimer sintetis adalah
polimer yang dibuat dari molekul sederhana monomer dalam pabrik. Beberapa contoh polimer yang dibuat oleh pabrik adalah nylon dan poliester, kantong
plastik dan botol, pita karet, dll. Plastik yang pertama kali dibuat secara komersial adalah nitroselulosa. Material plastik telah berkembang pesat dan sekarang
Universitas Sumatera Utara
mempunyai peranan yang sangat penting dibidang elektronika, pertanian, tekstil, transportasi, furniture, konstruksi, kemasan kosmetik, mainan anak – anak dan
produk – produk industri lainnya.
2.3.2 Polimer Berdasarkan Sifat Thermalnya
Sifat-sifat polimer ditentukan oleh empat hal, yaitu : panjangnya rantai, gaya antar molekul, percabangan dan ikatan silang antar rantai polimer. Kekuatan
dan titik leleh polimer naik dengan bertambah panjangnya rantai polimer. Bila gaya antar molekul pada rantai polimer besar, maka polimer menjadi
kuat dan sukar meleleh. Rantai polimer yang bercabang banyak daya regangnya rendah dan lebih mudah meleleh. Ikatan silang antar rantai menyebabkan
terjadinya jaringan yang kaku dan membentuk bahan yang keras. Plastik mewakili ribuan bahan yang berbeda sifat fisis, mekanis, dan
kimia. Menurut Osswald dan Menges 1996 dalam Mulyadi 2001 secara garis besar plastik dapat digolongkan menjadi dua golongan besar, yakni plastik yang
bersifat thermoplastik dan plastik yang bersifat thermoset. Thermoplastik adalah plastik yang dapat dibentuk kembali dengan mudah dan diproses menjadi bentuk
lain dengan menggunakan panas yang mana polimernya tidak memiliki ikatan silang. Ketika dipanaskan, Polimer yang bersifat termoplastik meleleh dan
kembali mengeras ketika didinginkan. Jadi apabila pecah polimer termoplastik dapat disambungkan kembali denan cara dipanaskan atau dapat dicetak ulang
dengan cara dipanaskan. Yang termasuk plastik thermoplastik antara lain : PE,
PPPolypropilene, PSPolystirene, ABS
acrylonitrile butadiene styrene
, SAN,
nylon, PET, BPT, Polyacetal POM, PC, dll. Sebaliknya thermoset adalah palstik yang tidak dapat dilunakkan kembali
bila telah mengeras. Dimana thermoset merupakan pilimer yang mempunyai ikatan silang. Makin banyak ikatan silang makin kaku polimer dan mudah patah.
selanjutnya apabila pecah tak dapat disambungkan lagi dengan pemanasan , karena susunan molekul-molekulnya pada ikatan silang antar rantai akan rusak
apabila dipanaskan lagi. Yang termasuk plastik thermoset adalah : PU Poly
Urethene, UF Urea Formaldehyde, MF Melamine Formaldehyde, polyester,
Universitas Sumatera Utara
epoksi dll. Plastik yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah thermoplastik.
Seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan akan plastik terus meningkat. Data BPS tahun1999 menunjukkan bahwa volume perdagangan
plastik impor indonesia, terutama polipropilena PP pada tahun 1995 sebesar 136.122,7 ton sedangkan pada tahun 1999 sebesar 182.523,6 ton, sehingga dalam
kurun waktu tersebut terjadi peningkatan sebesar 34,15. Jumlah tersebut diperkirakan akan terus meningkat pada tahun-tahun selanjutnya. Sebagai
konsekuwnsinya, peningkatan limbah plastikpun tidak terelakkan. Menurut hartono 1998 komposisi sampah atau limbah plastik yang dibuang oleh setiap
rumah tangga adalah 9,3 dari totla sampah rumah tangga.
2.3.3 Polimer Berdasarkan Reaksi Pembentuknya
Dua jenis utama dari reaksi polimerisasi adalah polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Jenis reaksi yang monomernya mengalami perubahan
reaksi tergantung pada strukturnya.
A. Polimer Adisi
Reaksi pembentukan teflon dari monomer-monomernya tetrafluoroetilen,
disebut reaksi adisi. Perhatikan Gambar 2.1 yang menunjukkan bahwa monomer
etilena mengandung ikatan rangkap dua, sedangkan di dalam polietilena tidak terdapat ikatan rangkap dua.
Gambar 2.1 Struktur Molekul Monomer dan Polietilen
Universitas Sumatera Utara
Monomer etilena mengalami reaksi adisi membentuk polietilena yang digunakan sebagai tas plastik, pembungkus makanan, dan botol. Pasangan
elektron ekstra dari ikatan rangkap dua pada tiap monomer etilena digunakan untuk membentuk suatu ikatan baru menjadi monomer yang lain.
Menurut jenis reaksi adisi ini, monomer-monomer yang mengandung
ikatan rangkap dua saling bergabung, satu monomer masuk ke monomer yang lain, membentuk rantai panjang. Produk yang dihasilkan dari reaksi polimerisasi
adisi mengandung semua atom dari monomer awal. Berdasarkan Gambar 2.1, yang dimaksud polimerisasi adisi adalah polimer yang terbentuk dari reaksi
polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi dari monomermonomernya yang membentuk ikatan tunggal. Dalam reaksi ini tidak
disertai terbentuknya molekul-molekul kecil seperti H
2
O atau NH
3
.
B. Polimer Kondensasi
Polimer kondensasi terjadi dari reaksi antara gugus fungsi pada monomer yang sama atau monomer yang berbeda. Dalam polimerisasi kondensasi kadang-
kadang disertai dengan terbentuknya molekul kecil seperti H
2
O, NH
3
, atau HCl. Di dalam jenis reaksi polimerisasi yang kedua ini, monomer-monomer bereaksi
secara adisi untuk membentuk rantai. Namun demikian, setiap ikatan baru yang dibentuk akan bersamaan dengan dihasilkannya suatu molekul kecil biasanya air
dari atom-atom monomer. Pada reaksi semacam ini, tiap monomer harus mempunyai dua gugus fungsional sehingga dapat menambahkan pada tiap ujung
ke unit lainnya dari rantai tersebut. Jenis reaksi polimerisasi ini disebut reaksi kondensasi.
Universitas Sumatera Utara
Dalam polimerisasi kondensasi, suatu atom hidrogen dari satu ujung monomer bergabung dengan gugus–OH dari ujung monomer yang lainnya untuk
membentuk air. Reaksi kondensasi yang digunakan untuk membuat satu jenis
nilon ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2
Kondensasi terhadap dua monomer yang berbeda yaitu 1,6 – diaminoheksana dan asam adipat yang umum digunakan untuk membuat jenis
nylon. Nylon diberi nama menurut jumlah atom karbon pada setiap unit monomer. Dalam gambar ini, ada enam atom karbon di setiap monomer, maka jenis nylon
ini disebut nylon 66. Contoh lain dari reaksi polimerisasi kondensasi adalah bakelit yang
bersifat keras, dan dracon, yang digunakan sebagai serat pakaian dan karpet, pendukung pada tape – audio dan tape – video, dan kantong plastik.
2.4 LIMBAH PLASTIK
Pemanfaatan limbah plastik merupakan upaya menekan pembuangan plastik seminimal mungkin dan dalam batas tertentu, menghemat sumber daya dan
mengurangi ketergantungan bahan baku impor. Pemanfaatan limbah plastik dapat dilakukan dengan pemakaian kembali resue maupun daur ulang recycle
syafitrie, 2001. Pemanfaatan limbah plastik dengan cara daur ulang umumnya dilakukan
oleh industri. Secara umum terdapat empat persyaratan agar suatu limbah plastik dapat diproses oleh suatu industri, antaralain limbah harus dalam bentuk tertentu
sesuai kebutuhan biji, pellet, serbuk, pecahan, limbah harus homogen, tidak terkontaminasi, serta diupayakan tidak teroksidasi. Untuk mengatasi masalah
Universitas Sumatera Utara
tersebut, sebelum digunakan limbah plastik diproses melalui tahapan sederhana, yaitu pemisahan, pemotongan, pencucian, dan penghilangan zat-zat seperti besi
dan sebagainya Sasse et al,1995. Pemanfaatan dan penggunaan plastik daur ulang dalam pembuatan
kembali barang-barang plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik 80 dapat diproses kembali menjadi barang semula walaupun
harus dilakukan pencampuran dengan bahan baku baru dan additive untuk meningkatkan kualitas syafitrie, 2001. Menurut Hartono 1998 empat jenis
limbah plastik yang populer dan laku dipasaran yaitu polietilenaPE, High Density Polyethylene HDPE, asoi, dan Polipropilena PP.
2.5 POLIPROPILENA
Polipropilen termasuk jenis plastik olefin dan merupakan polimer dari propilen. Dikembangkan sejak tahun 1950 dengan berbagai nama dagang seperti :
Bexfane, Dynafilm, Lufaren, Escon, Olefane, Profax. Poliporopilen lebih kuat dan ringan dengan daya tembus uap yang rendah, ketahanan yang baik terhadap
lemak, stabil terhadap suhu tinggi dan cukup mengkilap Winarno dan Jenie, 1983. Monomer polipropilen diperoleh dengan pemecahan secara thermal
naphtha distalasi minyak kasar etilen, propylen dan homologues yang lebih tinggi dipisahkan dengan distalasi pada temperatur rendah. Dengan menggunakan
katalis Natta-Ziegler polypropilen dapat diperoleh dari propilen Birley, et al., 1988.
Bost 1980 dalam syarief et al. 1989 menyatakan bahwa sifat-sifat utama dari polipropilena yaitu :
1. Ringan kerapatan 0,9 gcm³, mudah dibentuk, tembus pandang dan jernih
dalam pembuatan film. 2.
Mempunyai kekuatan tarik lebih besar dari polyethylene PE. Pada suhu rendah akan rapuh, dalam bentuk murni pada suhu -3000C mudah pecah
sehingga perlu ditambahkan Polyethylene atau bahan lain untukmemperbaiki ketahanan terhadap benturan.
Universitas Sumatera Utara
3. Lebih kaku dari PE dan tidak gampang sobeksehingga lebih mudah dalam
penanganannya. 4.
Permeabilitas uap air rendah, permeabilitas gas sedang. 5.
Tahan terhadap suhu tinggi sampai dengan 150°C 6.
Titik lelehnya cukup tinggi pada suhu 170°C 7.
Tahan terhadap asam kuat, basa dan minyak. Tidak terpengaruh oleh pelarut pada suhu kamar kecuali HCL.
8. Pada suhu tinggi polipropilena akan bereaksi dengan benzena, siklena,
toluena, terpentin dan asam nitrat kuat Karakteristik polipropilena menurut Bost 1980 dalam syarief et al.
1999 adalah sebagai berikut :
Tabel 2.1 Karakteristik polipropilena Deskriptif
Polipropilena
Densitas pada suhu 20 C grcm³ Suhu melunak °C
Titik lebur °C Kristalinitas
Indeks fluiditas Modulus of elasticity kgcm²
Tahanan volumetrik Ohmcm² Konstanta dielektrik 60-108 cycle
Permeabilitas gas-Nitrogen Oksigen
Gas karbon Uap air
0,90 149
170 60-70
0,2-2,5 11000-13000
1017 2,3
4,4 23
92 600
Sumber : Parlin 2004 Bahan pembuat plastik dari minyak dan gas sebagai sumber alami, dalam
perkembangannya digantikan oleh bahan-bahan sintesis sehingga dapat diperoleh sifat-sifat plastik yang diinginkan dengan cara kopolimerisasi, laminasi, dan
ekstruksi syarief,et al., 1989.
Universitas Sumatera Utara
2.6 KOMPOSIT
Kata komposit composite merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Komposit berasal dari kata kerja “to compose” yang berarti menyusun
atau menggabung.komposit berarti bahan gabungan dari atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu.
Defenisi komposit menurut Hakim 2007 adalah campuran makroskopik dari serat dan matriks. Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah
mendapatkan kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan.serat merupakan material yang umumnya jauh lebih kuat dari matriks dan
berfungsi memberikan kekuatan tarik.sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan dan kerusakan akibat benturan.
Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat fiber sebagai pengisi dan bahan pengikat serat-serat tersebut yang disebut matrik.
Didalam komposit unsur utamanya adalah serat, sedangkan bahan pengikatnya menggunakan bahan polimer yang mudah dibentuk dan mempunyai daya pengikat
yang tinggi. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah untuk menentukan karakteristik bahan komposit, seperti : kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat
mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi serat digunakan untuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik sendiri mempunyai fungsi
melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya- gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat,
kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.
Salah satu keuntungan material komposit adalah kemampuan material tersebut untuk diarahkan sehingga kekuatannya dapat diatur hanya pada arah
tertentu yang kita kehendaki, hal ini dinamakan “ tailoring properties”. Dan ini adalah salah satu sifat istimewa komposit, yaitu ringan, kuat, tidak terpengaruh
korosi, dan mampu bersaing dengan logam, tidak kehilangan karakteristik dan kekuatan mekanisnya.
Universitas Sumatera Utara
2.6.1 Klasifikasi Bahan Komposit
Klasifikasi komposit dapat dibentuk dari sifat dan strukturnya. Bahan komposit dapat diklasifikasikan kedalam beberapa jenis. Secara umum klasifikasi
komposit sering digunakan antara lain seperti : 1.
Klasifikasi menurut kombinasi material utama, seperti metal-organic atau metal anorganic.
2. Klasifikasi menurut karakteristik bulk-form, seperti sistem matrik atau
laminate. 3.
Klasifikasi menurut distribusi unsur pokok, seperti continous dan discontinous.
4. Klasifikasi menurut fungsinya, seperti elektrikal atau struktural Schwartz,
1984. Sedangkan klasifikasi untuk komposit serat fiber-matrik composites
dibedakan menjadi beberapa macam antara lain ; 1.
Fiber 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 dengan matrik yang kedua.
5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina
Schwartz,1984 : 16. Secara umum bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu bahan
komposit partikel particulate composite dan bahan komposit serat fiber composite. Bahan komposit partikel terdiri dari partikel-partikel yang di ikat oleh
matrik. Bahan komposit partikel pada umumnya lebih lemah dibanding dengan bahan komposit serat, namun memiliki keunggulan seperti ketahan terhadap aus,
tidak mudah retak, dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik. Bahan komposit serat terdiri dari serat-serat yang diikat oleh matrik yang saling
berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang continuos fiber dan serat pendek short fiber atau whisker. Penggunaan bahan
komposit serat sangat efisien dalam menerima beban dan gaya. Karena itu bahan
Universitas Sumatera Utara
komposit serat sangat kuat dan kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah tegak lurus serat Hadi, 2000.
Dibawah ini digambarkan klasifikasi bahan komposit yang paling umum Hadi, 2000.
Gambar 2.3. Klasifikasi Bahan Komposit
2.6.2 Tipe Komposit Serat
Untuk memperoleh komposit yang kuat harus dapat memempatkan serat dengan benar. Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada
komposit, yaitu : 1.
Continuous Fiber Composite Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina
diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan. Hal ini dikarenakan
kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya 2.
Woven Fiber Composite bi-directional Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena
susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan
akan melemah.
Universitas Sumatera Utara
3. Discontinuous Fiber Composite
Discontinuous Fiber Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 Gibson, 1994 : 157 :
a Aligned discontinuous fiber b Off-axis aligned discontinuous fiber
c Randomly oriented discontinuous fiber
Gambar 2.4. Tipe Discontinuous Fiber
4. Hybrid Fiber Composite
Hybrid fiber 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.
Gambar 2.5. Tipe Komposit Serat
Universitas Sumatera Utara
2.6.3 Faktor Yang Mempengaruhi Performa Komposit
Beberapa faktor yang mempengaruhi performa komposit serat antara lain : 1. Faktor Serat
Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat memperbaiki sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga diharapkan mampu
menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi.
2. Letak Serat Dalam pembuatan komposit tata letak dan arah serat dalam matrik yang akan
menentukan kekuatan mekanik komposit, dimana letak dan arah dapat mempengaruhi kinerja komposit tersebut.
Menurut tata letak dan arah serat diklasifikasikan menjadi 3 bagian yaitu: a. One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan dan modulus
maksimum 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.
Pada pencampuran dan arah serat mempunyai beberapa keunggulan, jika orientasi serat semakin acak random maka sifat mekanik pada 1 arahnya akan
melemah, bila arah tiap serat menyebar maka kekuatannya juga akan menyebar kesegala arah maka kekuatan akan meningkat.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6. Tiga Tipe Orientasi Pada Reinforcement
3. Panjang Serat
Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan. Ada 2 penggunaan serat dalam campuran
komposit yaitu serat pendek dan serat panjang. Serat panjang lebih kuat dibanding serat pendek. Serat alami jika dibandingkan dengan serat sintetis
mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam pada setiap jenisnya. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan
maupun modulus komposit. Panjang serat berbanding diameter serat sering disebut dengan istilah aspect ratio. Bila aspect 15 ratio makin besar maka
makin besar pula kekuatan tarik serat pada komposit tersebut. Serat panjang continous fiber lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.
Akan tetapi, serat pendek lebih mudah peletakannya dibanding serat panjang. Panjang serat mempengaruhi kemampuan proses dari komposit serat. Pada
umumnya, serat panjang lebih mudah penanganannya jika dibandingkan dengan serat pendek. Serat panjang pada keadaan normal dibentuk dengan
proses filament winding, dimana pelapisan serat dengan matrik akan menghasilkan distribusi yang bagus dan orientasi yang menguntungkan.
Ditinjau dari teorinya, serat panjang dapat mengalirkan beban maupun
Universitas Sumatera Utara
tegangan dari titik tegangan ke arah serat yang lain. Sedangkan komposit serat pendek, dengan orientasi yang benar, akan menghasilkan kekuatan yang lebih
besar jika dibandingkan continous fiber. Hal ini terjadi pada whisker, yang mempunyai keseragaman kekuatan tarik setinggi 1500 kipsin
2
10,3 GPa. Komposit berserat pendek dapat diproduksi dengan cacat permukaan yang
rendah sehingga kekuatannya dapat mencapai kekuatan teoritisnya Schwartz, 1984 : 11.
4. Bentuk Serat
Bentuk Serat yang digunakan untuk pembuatan komposit tidak begitu mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Pada
umumnya, semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang lebih tinggi. Selain bentuknya kandungan seratnya juga
mempengaruhi Schwartz, 1984 : 1.4. 5. Faktor
Matrik Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi
sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik,
sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Pembuatan komposit serat membutuhkan ikatan permukaan yang kuat antara serat dan matrik. Selain itu
matrik juga harus mempunyai kecocokan secara kimia agar reaksi yang tidak diinginkan tidak terjadi pada permukaan kontak antara keduanya. Untuk
memilih matrik harus diperhatikan sifat-sifatnya, antara lain seperti tahan terhadap panas, tahan cuaca yang buruk dan tahan terhadap goncangan yang
biasanya menjadi pertimbangan dalam pemilihan material matrik. 6. Faktor Ikatan Fiber-Matrik
Komposit serat yang baik harus mampu menyerap matrik yang memudahkan terjadi antara dua fase Schwartz, 1984 : 1.12. Selain itu komposit serat juga
harus mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang tinggi, karena serat dan matrik berinteraksi dan pada akhirnya terjadi pendistribusian
tegangan. Kemampuan ini harus dimiliki oleh matrik dan serat. Hal yang mempengaruhi ikatan antara serat dan matrik adalah void, yaitu adanya celah
Universitas Sumatera Utara
pada serat atau bentuk serat yang kurang sempurna yang dapat menyebabkan matrik tidak akan mampu mengisi ruang kosong pada cetakan. Bila komposit
tersebut menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan komposit tersebut. Pada pengujian
tarik komposit akan berakibat lolosnya serat dari matrik. Hal ini disebabkan karena kekuatan atau ikatan interfacial antara matrik dan serat yang kurang
besar Schwartz, 1984 : 1.13.
2.7 PENCAMPURAN POLIMER
Proses pencampuran dalam pembuatan polimer secara umum dapat
dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu :
1. Proses fisika, terjadi pencampuran secara fisik antara dua jenis polimer atau
lebih yang memiliki struktur yang berbeda, tidak membentuk ikatan ekivalen antara komponen-komponennya.
2. Proses kimia, menghasilkan kopolimer yang ditandai dengan terjadinya
ikatan-ikatan kovalen antar polimer penyusunnya. Interaksi yang terjadi didalam campuran ini berupa ikatan vander walls, ikatan hidrogen atau
interaksi dipol-dipol. Pencampuran polimer komersial dapat dihasilkan dari polimer sintetik
dengan polimer alam. Pencampuran yang dihasilkan dapat berupa campuran homogen dan campuran heterogen.
2.7.1 Pencampuran Polipropilena dengan Serbuk Kayu
Proses pencampuran antar matriks dengan filler mencakup dua jenis pencampuran yaitu pencampuran distributif dan pencampuran dispersif. Contoh
pencampuran distributif diantaranya pencampuran bahan aditif pada seperti antioksidan, pengisi, pigmen atau penguat kedalam matriks polimer. Proses
pencampuran ini memerlukan bahan pendispersi dan bahan penghubung untuk mendapatkan hasil campuran yang homogen. Bahan pengisi kayu dan serat
Universitas Sumatera Utara
selulosa yang ringan, murah, dan tersedia dalam jumlah besar dapat diolah secara distributif dengan matriks polimer.
2.7.2 Kompatibilitas Pencampuran Polipropilena dengan Serbuk Kayu
Polipropilena dan serbuk kayu merupakan dua bahan polimer yang sukar bercampur homogen, karena sifat kopolarannya berbeda. Karena itu proses
pencampurannya adalah distributif. Untuk mendapatkan campuran yang homogen, prosesnya tidak dapat dilakukan dengan cara konvensional, yang hanya
melibatkan interaksi fisik antar komponen polimer. Campuran polimer yang dihasilkan dengan metode campuran lelehan melt- mixing lebih baik dari pada
pencampuran dalam larutan. Buruknya interaksi antara bagian-bagian molekul menyebabkan tingginya tegangan antar muka pada lelehan yang mengakibatkan
sulitnya mendispersikan komponen penyusun sebagaimana mestinya selama pencampuran dan rendahnya adhesi antar muka dari komponen-komponen
tersebut. Gejala ini berakibat dininya kegagalan mekanik dan kerapuhan polimer. Cara untuk mengatasi hal ini disebut kompatibilisasi Al-Malaika, 1997.
2.8 PAPAN PARTIKEL
2.8.1 Pengertian Papan Partikel
Menurut hygreen dan Bowyer 1990 papan partikel merupakan gabungan antara partikel kayu dengan penambahan matriks sebagi perekatnya dan dikempa
secara hot press. Sedangakan Dumanaw 1990 menyatakan papan partikel adalah papan buatan yang terbuat dari serpihan kayu, tahan api dan merupakan bahan
isolasi serta bahan akustik yang benar. Menurut Han, 1990 filler yang ditambahkan kedalam matriks bertujuan
meningkatkan sifat-sifat mekanis plastik melalui penyebaran tekanan diantara serat dan matriks. Selain itu penambahan filler akan mengurangi biaya disamping
memperbaiki beberapa sifat produknya.Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat membuat suatu material komposit dengan sifat
yang sama dengan kebutuhan sifat suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu.
Universitas Sumatera Utara
Komposit serbuk kayu plastik adalah komposit yang terbuat dari plastik sebagai matriks dan serbuk kayu sebagai pengisi filler, yang mempunyai sifat
gabungan keduanya. Penambahan filler kedalam matriks bertujuan mengurangi densitas, meningkatkan kekakuan, dan mengurangi biaya per unit volume. Dari
segi kayu, dengan adanya matrik polimer didalamnya maka kekuatan dan sifat fisiknya juga akan meningkat Febrianto, 1999.
Papan partikel menurut Tsoumis 1991 adalah salah satu produk komposit yang dapat dibuat dengan merekatkan partikel berupa potongan kayu yang kecil
atau mineral lain yang mengandung lignoselulosa, dengan kata lain semua bahan yang mengandung lignoselulosa termasuk serbuk kayu dapat diguanakan sebagai
bahan baku pembuatan papan komposit. Pembuatan papan partikel dengan menggunakan matriks dari plastik yang
telah di daur ulang, selain dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan kayu, juga dapat mengurangi pembebanan lingkungan terhadap limbah plastik disamping
menghasilkan produk inovatif sebagai bahan bangunan pengganti kayu. Keunggulan produk ini antara lain : Biaya produksi lebih murah, bahan bakunya
melimpah, fleksibel dalam proses pembuatannya, kerapatannya rendah, lebih bersifat biodegradable dibanding plastik, memiliki sifat-sifat yang lebih baik
dibandingkan bahan baku asalnya, dapat diaplikasikan untuk berbagai keperluan, serta bersifat dapat didaur ulang recycleable. Beberapa contoh penggunaan
produk ini antara lain sebagai komponen interior kendaraan mobil, kereta api, pesawat terbang, perabot rumah tangga, maupun komponen bangunan jendela,
pintu, dinding, lantai dan jembatan Febrianto, 1999 : Youngquist, 1995. Salah satu keuntungan material papan partikel adalah kemampuan material
tersebut untuk diarahkan sehingga kekuatannya dapat diatur hanya pada arah tertentu yang kita kehendaki, hal ini dinamakan “tailoring properties”. Sifat ini
merupakan salah satu sifat istimewa komposit yaitu, ringan, kuat, tidak terpengaruh korosi, dan mampu bersaing dengan logam, tidak kehilangan
karakteristik dan kekuatan mekanisnya.
Universitas Sumatera Utara
Namun pada umumnya kelemahan papan partikel sebagai bahan bangunan adalah stabilitas dimensi yang rendah sehingga kebanyakan produk papan partikel
ini hanya dipakai untuk interior. Bahan baku papan partikel
Bahan utama papan partikel menurut Walker 1993, yaitu : 1.
Sisa industry serbuk gergaji, pasahan dan potongan-potongan kayu 2.
Sisa pengambilan kayu, penjarangan dan jenis bukan komersial 3.
Bahan material berlignoselulosa bukan kayu seperti rami, ampas tebu, bamboo, tandan kelapa sawit, serat nenas, enceng gondok dan lain-lain.
Adapun tipe-tipe partikel yang digunakan untuk bahan baku pembuatan papan partikel menurut Haygreen dan Bowyer 1996, yaitu :
a. Pasahan shaving, partikel kayu kecil berdimensi tidak menentu yang
dihasilkan apabila mengetam lebar atau mengetam sisi ketebalan kayu. b.
Serpih flake, partikel kecil dengan dimensi yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan dengan peralatan yang telah dikhususkan.
c. Biskit wafer, serupa serpih tetapi bentuknya lebih besar. Biasanya lebih dari
0,025 inci tebalnya dan lebih 1 inci panjangnya. d.
Tatal chips, sekeping kayu yang dipotong dari suatu blok dengan pisau yang besar atau pemukul.
e. Serbuk gergaji, dihasilkan oleh pemotongan dengan gergaji.
f. Untaian, pasahan panjang tetapi pipih dengan permukaan yang sejajar.
g. Kerat, bentuk persegi potongan melintang dengan panjang paling sedikit 4 kali
ketebalannya. h.
Wol kayu, keratin yang panjang, berombak, ramping.
Serbuk kayu dapat dipergunakan sebagai bahan baku papan partikel karena serbuk kayu merupakan bahan yang banyak mengandung komponen kimia seperti
selulosa 40-50, hemiselulosa 20-30, lignin 20-30,dan sejumlah kecil bahan-bahan anorganik dan ekstraktif.Setyawati, 2003.
Universitas Sumatera Utara
2.8.2 Kegunaan Papan Partikel
Kegunaan papan partikel komposit dibedakan menjadi dua bagian, yaitu:
a. Structural Composite
Dipergunakan untuk dinding, atap, bagian lantai, tangga, komponen kerangka, mebel dan lain-lain. Bahan yang digunakan untuk memikul beban di dalam
penggunaannya, penggunaan perekat eksterior akan menghasilkan papan eksterior sedangkan pemakaian perekat interior akan menghasilkan papan
partikel interior.
b. Non Structural Composite
Komposit ini tidak digunakan untuk memikul beban, penggunaan akhir produknya untuk pintu, jendela, mebel, bahan pengemas, pembatas ubin,
bagian interior mobil dan lain-lain.
2.8.3 Pola Pemotongan Contoh Uji Papan Partikel
Pembuatan sampel dengan pemotongan bahan yang sudah jadi mengacu pada standar SNI 03-2105-2006 seperti terlihat pada gambar berikut :
Gambar 2.7 Ukuran Sampel Uji Berdasarkan SNI 03-2105-2006
20,0 cm 2,5 cm
2,5 cm 10,0 cm
5,0 cm 5,0 cm
5,0 cm 5,0 cm
5,0 cm 5,0 cm
5,0 cm
B A
C D
E
Universitas Sumatera Utara
Keterangan : A : Sampel untuk uji kerapatan dan kadar air
B : Sampel untuk uji MOR dan MOE C :
Sampel untuk uji pengembangan tebal D :
Sampel untuk uji kuat rekat internal E
: Sampel untuk uji kuat impak
2.8.4 Prosedur Pengujian
Pengujian meliputi sifat fisis dan sifat mekanis papan partikel dilaksanakan berdasarkan SNI 03-2105-2006. hasil pengujian dikoreksi dengan
kerapatan masing masing sampel dan dicocokkkan dengan standar SNI 03-2105- 2006. memenuhi standar ataukah tidak.pengujian sifat fisis dan mekanis papan
komposit yaitu kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, modulus lentur MOE, modulus patahMOR, dan uji impak. Berdasarkan keteguhan lenturn untuk papan
partikel biasa dan dekoratif, dibagi menjadi tiga tipe yaitu:
a. Tipe 18
b. Tipe 13
c. Tipe 8
Tabel 2.2 Sifat Fisis Dan Mekanis Papan Partikel Berdasarkan SNI
No. Sifat Fisik Mekanik
SNI 03-2105-2006 1. Kerapatan
grcm
3
0,4 - 0,9 2.
Kadar air 14
3. Daya serap air
- 4.
Pengembangan tebal Maks 12
5. MOR kgcm
2
Min 82
6. MOE kgcm
2
Min 2,04x10
4
7. Internal bond kgcm
2
Min 1,5
8. Kuat rekat internal
1,5 9. Kuat
impak -
Sumber : Standar Nasional Indonesia
Universitas Sumatera Utara
2.8.5 Karakterisasi Papan Partikel
Karakterisasi Papan Partikel meliputi Pengujian sifat fisik yaitu: Densitas, kadar air, pengembangan tebal, sedangkan pengujian sifat mekanik: MOR, MOE,
impak, dan kuat rekat internal.
a. Sifat Fisis
1. Densitas
Densitas atau kerapatan didefenisikan sebagai massa persatuan volume material, pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dan volume
kering udara. Berat bahan yang diuji ditimbang, lalu diukur rata-rata panjang, lebar, tebal untuk menentukan volume contoh uji. Nilai densitas atau kerapatan
papan komposit di hitung dengan menggunakan rumus :
V M
2.1 Keterangan :
ρ : kerapatan gcm³ M : berat contoh uji g
V :volume contoh uji cm³
2. Penetapan Kadar Air
