SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS PADA SERAT IJUK (ARENGA PINNATA MERR)
ABSTRAK
SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS PADA SERAT IJUK
(ARENGA PINNATA MERR)
Oleh
Imam Munandar
Serat ijuk merupakan serat alami yang ketersediaannya berlimpah, tetapi belum
dimanfaatkan secara optimal. Serat ijuk dapat digunakan sebagai penguat alternatif
untuk bahan komposit. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan tarik
dan morphologi serat ijuk melalui hasil pengamatan photo Scanning Electron
Microscope (SEM).
Pengekstrakan serat ijuk dilakukan dengan menggunakan sisir kawat yang berfungsi
untuk memisahkan serat ijuk dengan pelepahnya. Dalam penelitian ini, serat ijuk
yang dipilih yaitu berdiameter 0.25- 0.35mm, 0.36-0.45mm, dan 0.46-0.55 mm.
Selanjutnya dilakukan perendaman menggunakan larutan alkali yaitu NaOH 5%
selama 2 jam., kemudian di oven dengan suhu 800 C selama 15 menit. Setelah itu dila
kukan pengujian tarik dengan standar ASTM D 3379-75.
Hasil dari penelitian didapatkan bahwa semakin kecil diameter serat, maka kekuatan
tariknya semakin tinggi. Kekuatan tarik terbesar pada kelompok serat ijuk
berdiameter kecil (0.25-0.35 mm) adalah sebesar 208.22 MPa, regangan 0.192%,
modulus elastisitas 5.37GPa dibandingkan kelompok serat ijuk dengan diameter besar
(0.46-0.55 mm) sebesar 173.43 MPa, regangan 0.37%, modulus elastisitas 2.84 GPa.
Hal ini dikarenakan rongga pada serat berdiameter 0.46-0.55 mm lebih besar
dibandingkan serat berdiameter 0.25-0.35 mm
Keywords: Serat Ijuk, Oven, NaOH, Kekuatan Tarik, Scanning Electron Microscope
(SEM)
SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS
PADA SERAT IJUK (ARENGA PINNATA MERR)
(Skripsi)
Oleh
IMAM MUNANDAR
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2013
SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS
PADA SERAT IJUK (ARENGA PINNATA MERR)
Oleh
Imam Munandar
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2013
Judul Tugas Akhir
: SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS PADA
SERAT IJUK(ARENGA PINNATA MERR)
Nama Mahasiswa
: Imam Munandar
Nomor Pokok Mahasiswa
: 0715021056
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknik
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr.Eng.Shirley Savetlana,S.T.,M.Met
NIP. 197402021999102001
Drs. Sugiyanto, M.T.
NIP. 195704111986101001
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin
Harmen Burhanuddin,S.T.,M.T
NIP . 196906202000031001
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua
: Dr.Eng.Shirley Savetlana,S.T.,M.Met ______________
Penguji Utama
: Ir. Nafrizal,.M.T.
Anggota Penguji : Harnowo Supriadi, M.T
2. Dekan Fakutas Teknik Universitas Lampung
Dr.Ir.Lusmeilia Afriani, D.E.A.
NIP. 196505101993032008
Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 14 Januari 2013
______________
______________
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Karang, tanggal 19 Agustus 1989,
sebagai anak kelima dari enam bersaudara dari pasangan Ayahanda
Drs. Rum Hatta (Alm) dan Ibunda Junainah.
Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar (SD) Negeri 2 Perumnas Way
Halim pada tahun 2001, SLTP Negeri 19 Bandar Lampung pada tahun 2004, dan
SMA Negeri 5 Bandar Lampung pada tahun 2007.
Pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru
(SPMB). Selama menjadi mahasiswa, penulis menjadi pengurus HIMATEM
(Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin) sebagai Kepala Bidang Penelitian dan
Pengembangan pada tahun 2009, anggota Cremona tahun 2009, serta tahun 2010
sebagai Dewan Pembina Mahasiswa (DPM). Penulis pernah menjadi asisten
praktikum di Laboratorium Material (2008-2009), (2010-2011), dan (2012/2013)
Kemudian pada bulan Januari tahun 2010, Penulis melakukan Kerja Praktek (KP)
di PT. PERTAMINA (Persero) REFINERY UNIT II Dumai, Riau .
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada
kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai dari
suatu urusan, kerjakanlah urusan yang lain dan
hanya kepada Allah hendaknya kamu berharap”
(QS. Al insyirah : 6-8)
”Segala sesuatunya sudah ditentukan, jalannya
manusia hanyalah doa dan usaha, rejeki maut dan
jodoh hanyalah penantian”
(Pepatah)
”Ikutilah air mengalir sampai ke titik terendah,
disanalah ia akan bermuara”
(Pepatah)
”Janganlah pernah menangisi keadaan, tetaplah
berdiri dan tunjukkan jati dirimu”
(Penulis)
Skripsi ini saya persembahkan sebagai
tanda hormat dan terima kasih saya kepada:
Keluargaku
dan
Almamater Tercinta
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Alhamdulillah, puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT, Tuhan seru
sekalian alam, karena atas ridho dan rahmat-Nya skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul “Sifat Mekanik dan Sifat Fisis Pada Serat Ijuk“ adalah salah
satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada segenap pihak
yang telah membantu, sehingga pelaksanaan dan penulisan skripsi ini dapat
berjalan dengan baik. Ucapan terima kasih tersebut layak penulis hanturkan
kepada:
1. Ibu Dr. Lusmeilia, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.
2. Bapak Harmen Burhanudin, S.T., M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Lampung.
3. Ibu Dr. Shirley Savetlana S.T., M.Eng., selaku Pembimbing Utama Tugas
Akhir yang telah berkenan memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan
selama penulis melaksanakan ujian dan penyelesaian Tugas Akhir ini.
4. Bapak Drs. Sugiyanto, M.T., selaku Pembimbing Pendamping Tugas Akhir
yang telah berkenan memberikan bimbingan, saran, dan pengarahan selama
melaksanakan penelitian.
iii
5. Bapak Ir. Nafrizal, M.T., selaku Pembahas Tugas Akhir yang telah berkenan
memberikan bimbingan, saran, dan pengarahan selama melaksanakan
penelitian
6. Bapak Harnowo, S.T., M.T, dan Ir. Herry Wardono, M.Sc selaku Pembimbing
Akademik yang telah memberikan bimbingan selama perkuliahan, masukan
dan saran yang telah diberikan.
7. Seluruh Dosen Pengajar dan Staf Administrasi Jurusan Teknik Mesin yang
telah banyak memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik
berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi.
8. Ayahanda Drs. Rum Hatta S.ag (Alm) dan Ibunda Junainah, atas nasehat, doa
restu, cinta, kesabaran dan kasih sayangnya.
9. Ayuk fithri, Kakak Ita, Ayuk Neli, Ayuk Feni, adikku Arif Budiman, dan Kak
Raswin, Kak Ecin, Kak Tanto serta Segenap keluarga besar penulis atas
dukungan, motivasi,bantuan dan doanya.
10. Efri Mahmuda sebagai teman satu team Tugas Akhir dan Ragil Kurniawan,
Bakung Kunto W, Joni Yanto, Rahmad Ramadhan, Meylia Rodiawaty, Asep
Rulloh S.T., A.Isnain P, Reza Adhan, Agus kempol, Jeffry, Lamsihar, Kakak
Chan, Porda, Yohanes, Indra, Desi yanto Utomo, Kristoper, Ridho Q, Jasiron,
Riyan, Agung Juntax, Dwi wahyudi dan rekan–rekan Teknik Mesin 2007
serta Kakak dan Adik tingkat Teknik Mesin tercinta yang telah membantu
dan memberikan dukungannya semoga kebersamaan ini tetap terjaga hingga
akhir hayat.
11. Bapak Riyanta dan Ibu Susan atas bantuannya selama pengujian Tugas Akhir
di Institut Teknologi Bandung.
iv
12. Bapak Riyan Rudi atas bantuannya selama pengujian Tugas Akhir di Sekolah
Tinggi Teknologi Tekstil (STTT) Bandung.
13. Imam Munandar, Ryan, Yogi, Ikbal, Obby, Agil, Bayu, Hendra, Sandi, Bang
Boy dan Rekan-rekan Teknik Mesin Universitas Jenderal Achmad Yani
Cimahi atas bantuannya selama pengujian Tugas Akhir Bandung
14. Sahabat-sahabatku SMA Negeri 5 Bandar Lampung Khususnya Fery
febriansyah, Ilham Alvin, Dicky azis N, M.Satya D, Galank, Adonia Manik,
Yoki, dan atas motivasi, saran, dan dukungannya selama ini dan semoga
kebersamaan ini tetap terjaga hingga akhir hayat
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan serta jauh
dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan adanya saran dan
kritik yang bersifat membangun demi perbaikan skripsi ini. Sedikit harapan
semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Amien.
Bandar Lampung, Februari 2013
Penulis,
Imam Munandar
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................................i
SANWACANA ..................................................................................................ii
DAFTAR ISI .....................................................................................................v
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... x
I.
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang ..................................................................................... 1
B.
Tujuan Penelitian ................................................................................. 3
C.
Manfaat Penelitian ................................................................................ 3
D.
Batasan Masalah.................................................................................... 4
E.
Hipotesa................................................................................................. 4
F.
Sistematika Penulisan ........................................................................... 5
II. KAJIAN PUSTAKA
A.
Serat Ijuk ............................................................................................... 6
B.
Serat Alam dan Sintesis ...................................................................... 10
C.
Perlakuan Serat.................................................................................... 16
D.
Metode Pengekstrakan Serat Ijuk........................................................ 19
E.
Pengaruh Kimia Terhadap Karakteristik Serat ................................... 22
F.
Komposisi Kimia Serat Ijuk ................................................................ 23
vi
G.
Hasil-hasil Penelitian Serat Ijuk .......................................................... 29
H.
Aplikasi Komposit Serat Alam ........................................................... 32
I.
Sifat-Sifat Material Serat..................................................................... 33
J.
Sifat-Sifat Mekanik Material............................................................... 33
K.
Perlakuan Alkali .................................................................................. 34
L.
Kekuatan Tarik .................................................................................... 36
M. Mikrometer Sekrup ............................................................................. 40
N.
Photo Scanning Electrone Microscope (SEM) .................................... 41
III. METODE PENELITIAN
A.
Tempat Penelitian ............................................................................... 42
B.
Bahan dan Peralatan Penelitian .......................................................... 42
1. Bahan Penelitian ........................................................................... 42
2. Peralatan Penelitian ....................................................................... 44
C.
Prosedur Penelitian ............................................................................. 46
1. Survey Lapangan dan Study Literature ........................................ 46
2. Persiapan Serat Ijuk ...................................................................... 47
3. Pembuatan Spesimen Uji .............................................................. 48
4. Sifat Mekanik dan Sifat Fisis........................................................ 49
D.
Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ................................................. 57
vii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
V.
A.
Komposisi Kimia Pada Serat Ijuk ....................................................... 58
B.
Kekuatan Tarik Pada Serat Ijuk .......................................................... 65
SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ............................................................................................. 81
B.
Saran.................................................................................................... 82
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A
LAMPIRAN B
DAFTAR TABEL
Tabel
Hal
1.
Sifat Mekanik Dari Beberapa Jenis Serat ................................................... 8
2.
Klasifikasi Serat/Serat Tekstil ................................................................... 10
3.
Sifat Mekanik Serat Gelas......................................................................... 13
4.
Peningkatan Tegangan Dan Regangan Pada Serat Rami Yang
Mendapat Perlakuan Dan Tidak Mendapat Perlakuan Kimia ................... 22
5.
Kandungan Selulosa Dalam Berbagai Bahan Tumbuhan. ........................ 24
6.
Komposisi Kimia Serat Kapas .................................................................. 27
7.
Kandungan Kimia Eceng Gondok Segar .................................................. 28
8.
Kandungan Dari Tangkai Eceng Gondok Kering ..................................... 28
9.
Sifat-Sifat Fisik Dan Kimia Beberapa Serat Alam ................................... 29
10.
Koefisien serapan papan komposit serat ijuk terhadap sinar
dan sinar
................................................................................................................... 30
11.
Kuat Tarik Belah Campuran Semen-Pasir-Ijuk ........................................ 31
12.
Kuat Desak Campuran Semen-Pasir-Ijuk ................................................. 32
13.
Aplikasi Komposit Serat Alam ................................................................. 32
14.
Pengujian Tarik Serat Nilon ...................................................................... 36
15.
Pengamatan Diameter Serat ...................................................................... 45
16.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Tanpa Perlakuan .......................................... 59
ix
17.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Perlakuan Perendaman NaOH 5%
Selama 2 Jam Tanpa di Oven 800 C .......................................................... 59
18.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 15 Menit ......... 60
19.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 30 Menit ......... 60
20.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 60 Menit ......... 61
21.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 90 Menit ......... 61
22.
Komposisi Kimia Serat Ijuk ..................................................................... 62
23.
Hasil Pengujian Rata-rata Kekuatan Tarik, Regangan, Dan
Modulus Elastisitas Kelompok Serat Ijuk ................................................. 71
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Hal
1.
Serat Ijuk ................................................................................................... 10
2.
Klasifikasi Jenis Serat Alam ...................................................................... 11
3.
Rumus Kimia Selulosa .............................................................................. 24
4.
Kurva Tegangan-Regangan ....................................................................... 37
5.
Fungsi Mikrometer Sekrup ........................................................................ 40
6.
Skala Mikrometer Sekrup .......................................................................... 41
7.
Contoh Photo Scanning Electrone Microscope (SEM) ............................. 41
8.
Serat Ijuk ................................................................................................... 43
9.
Air dan aquades ......................................................................................... 43
10.
Karton ........................................................................................................ 43
11.
Lem Perekat ............................................................................................... 44
12.
Alkali NaOH .............................................................................................. 44
13.
Mesin Uji Tarik Statis ............................................................................... 45
14.
Mikrometer Sekrup ................................................................................... 45
15.
Alat Uji Scanning Electrone Microscope (SEM) ...................................... 45
16. Sisir Kawat ................................................................................................. 46
17.
Spidol, Penggaris, cutter ........................................................................... 46
18.
Ukuran Uji Tarik Serat Standar ASTM D 3379-75................................... 47
19.
Pembacaan Skala Mikrometer Sekrup....................................................... 54
xii
20.
Diagram Alir Penelitian ............................................................................. 57
21.
Grafik Komposisi Kimia Serat Ijuk ........................................................... 62
22.
Grafik Force vs Terhadap elongation 0.3 mm ........................................... 65
23.
Grafik Force vs Terhadap elongation 0.4 mm ........................................... 65
24.
Grafik Force vs Terhadap elongation 0.5 mm ........................................... 66
25.
Diameter 0.3 mm Pada Serat Ijuk Yang Didapat SEM ............................. 67
26.
Morphologi Pada serat Ijuk Berdiameter 0.3 mm Yang Didapat SEM .... 67
27.
Diameter 0.4 mm Pada Serat Ijuk Yang Didapat SEM ............................. 68
28.
Morphologi Pada serat Ijuk Berdiameter 0.4 mm Yang Didapat SEM ..... 68
29.
Diameter 0.5 mm Pada Serat Ijuk Yang Didapat SEM ............................. 69
30.
Morphologi Pada serat Ijuk Berdiameter 0.5 mm Yang Didapat SEM ..... 69
31.
Grafik Tegangan Tarik Terhadap Serat Ijuk ............................................ 71
32.
Grafik deviasi Stress Terhadap Serat Ijuk ................................................ 72
33.
Grafik Strain Terhadap Serat Ijuk ............................................................. 73
34.
Grafik Deviasi Strain Terhadap Serat Ijuk ................................................ 73
35.
Grafik Modulus Young Terhadap Serat Ijuk ............................................. 74
36.
Grafik Deviasi Modulus Young Terhadap Serat Ijuk................................ 75
37.
Photo SEM Morfologi Serat Ijuk yang Berdiameter 0.3 mm
a. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Sebelum dilakukan uji tarik……..76
b.Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Setelah dilakukan uji tari k ………76
38.
Photo SEM Morfologi Serat Ijuk Yang Berdiameter 0.4 mm
a. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Sebelum Dilakukan Uji Tarik........ 77
b. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Setelah Dilakukan Uji Tarik.......... 77
xiii
39.
Photo SEM Morfologi Serat Ijuk Yang Berdiameter 0.5 mm
a. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Sebelum Dilakukan Uji Tarik........ 78
b. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Setelah Dilakukan Uji Tarik.......... 78
40.
Perendaman Serat Ijuk Menggunakan NaOH 5% Selama 2 jam .... Lamp. B
41.
Serat Ijuk Setelah Dibersihkan Dengan Aquades ............................ Lamp. B
42.
Pengovenan Serat ............................................................................ Lamp. B
43.
Hasil Beberapa Patahan Uji Tarik ................................................... Lamp. B
44.
Proses Coating Serat Ijuk ................................................................ Lamp. B
45.
Posisi Saat Peletakan Uji SEM ........................................................ Lamp. B
46.
Proses pengambilan gambar SEM ................................................... Lamp. B
I.PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Serat merupakan material yang umumnya jauh lebih kuat dari matriks dan
berfungsi memberikan kekuatan tarik. Secara umum dapat dikatakan bahwa
fungsi serat adalah sebagai penguat bahan untuk memperkuat komposit
sehingga sifat-sifat mekaniknya lebih kuat, kaku, tangguh, dan lebih kokoh bila
dibandingkan dengan tanpa serat penguat. [Hesti, 2009]
Pada dewasa ini teknologi komposit serat mengalami kemajuan yang sangat
pesat. Pada dasarnya serat dibagi menjadi dua yaitu serat alami (natural fibers)
dan serat buatan (synthetic fibers). Serat banyak dimanfaatkan di dunia
perindustrian, seperti pabrik pembuat tali, industri tekstil, industri kertas,
karena mempunyai kekuatan yang tinggi, serat sangat baik untuk material
komposit. Perkembangan komposit tidak hanya komposit sintesis saja tetapi
juga mengarah ke komposit natural dikarenakan keistimewaan sifatnya yang
dapat didaur ulang atau terbarukan, sehingga mengurangi konsumsi petrokimia
maupun gangguan lingkungan hidup. [Evi, 2008]
Pemanfaatan serat alam (natural fibers) seperti serat ijuk, kenaf, serat sabut
kelapa, serat bambu, abaca, rosella, serat nanas, serat jerami, serat pisang dan
2
serat alami yang lain yang biasa dimanfaatkan sebagai material temuan yang
bersifat inovatif, bahkan gagasan yang menajupkan terutama untuk bahan baku
industri material komposit, yakni serat ijuk. Indonesia merupakan salah satu
negara penghasil serat ijuk di dunia dengan kapasitas 164389 ton/ tahunnya
dan provinsi Lampung menghasilkan serat ijuk sebesar 2004 ton/tahun.
Serat ijuk adalah serat alam yang berasal dari pohon aren. Dilihat dari bentuk,
pada umumnya bentuk serat alam tidaklah homogen. Hal ini disebabkan oleh
pertumbuhan dan pembentukan serat tersebut bergantung pada lingkungan
alam dan musim tempat serat tersebut tumbuh. Aplikasi serat ijuk masih
dilakukan secara tradisional, diantaranya digunakan sebagai bahan tali menali,
pembungkus pangkal-pangkal kayu bangunan yang ditanam dalam tanah untuk
mencegah serangan rayap, penahan getaran pada rumah adat Karo, saringan air
dan lain-lain. Kegunaan tersebut didukung oleh sifat ijuk yang elastis, keras,
tahan air, dan sulit dicerna oleh orgasme perusak.[ evi, 2008]
Oleh karena itu, perlu diperhatikan untuk mempelajari serat ijuk agar dapat
digunakan sebagai pengganti serat sintesis pada pembuatan material komposit.
Komposit serat alam memilki keunggulan lain bila dibandingkan dengan serat
gelas, komposit serat alam sekarang banyak digunakan karena jumlahnya
banyak, lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami,
harganya pun lebih murah dibandingkan serat gelas dan densitas serat alam
berada diantara 1,3 dan 1,5 gr/cm3 sementara serat gelas 2,5 gr/cm3.
Sedangkan serat kaca sukar terdegradasi secara alami. Selain itu serat kaca juga
3
menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika serat gelas
didaur ulang .
Oleh sebab itu penelitian tentang sifat fisis dan mekanisnya serat ijuk ini
dilakukan, karena serat ijuk memiliki persediaan yang melimpah dan sifat
mekanik yang baik dijadikan sebagai pertimbangan utama dalam pemilihan
untuk dasar bahan alternatif pengganti serat gelas sehingga tercipta bahan
dasar (filler) komposit baru yang dapat digunakan dalam industri.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Mengetahui kandungan komposisi kimia dalam serat ijuk
2. Mengetahui sifat-sifat mekanik dari serat ijuk yaitu uji tarik statis.
3. Mengetahui struktur serat dengan analisa hasil Photo Electron (Scannning
Elektron Mikroscope) dan diameter serat ijuk dengan Mikrometer Sekrup.
C. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi peneliti adalah untuk menambah pengetahuan, wawasan, dan
pengalaman tentang penelitian bahan dasar (filler) material komposit.
2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan
dalam hal bahan dasar (filler) komposit serat alam.
3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam bahan
dasar (filler) komposit yang terbuat dari serat alam, khususnya serat ijuk
4
sehingga akan meningkatkan nilai jual serat ijuk serta meningkatkan
pendapatan masyarakat khususnya petani.
D. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini yaitu
1. Serat yang dijadikan sebagai bahan penelitian pada tugas akhir ini adalah
serat ijuk.
2. Penguukuran serat ijuk menggunakan mikrometer sekrup dengan
mengelompokkan diameter serat ijuk yaitu 0.25-0.35 mm, 0.36-0.45 mm
dan 0.46-0.55 mm.
3. Pengujian sifat mekanik serat berupa uji kekuatan tarik statis
4. Pengujian sifat fisis yaitu komposisi kimia dan uji SEM. Uji komposisi
kimia serat ijuk, yaitu selulosa, kadar air, kadar abu, dan lignin. Uji SEM
(Scanning Electrone Microscope) dengan megambil salah satu sampel serat
ijuk secara acak.
5. Serat dengan tanpa perlakuan dan perlakuan alkali NaOH 5% selama 2 jam
kemudian di oven dengan suhu 80 0C selama 15, 30, 60, dan 90 menit .
E. Hipotesa
Serat ijuk adalah serat yang belum digunakan secara optimal. Dengan
melakukan pengujian komposisi kimia serat ijuk, uji tarik statis, dan
mikrometer sekrup sehingga
diketahui modulus elastisitas, regangan,
tegangan, dan pengaruh diameter pada serat ijuk sehingga layak menjadi bahan
(filler) komposit dan dapat digunakan dalam industri.
5
F. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan
tugas akhir ini adalah
I
: PENDAHULUAN
Pada bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan penelitian,
manfaat penelitian, batasan masalah, hipotesa, serta sistematika
penulisan laporan.
II
: KAJIAN PUSTAKA
Berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung
pembahasan tentang studi kasus yang diambil, yaitu sifat-sifat mekanik
serat ijuk dengan perlakuan alkali. Dasar teori ini dijadikan sebagai
penuntun untuk memecahkan masalah yang berbentuk uraian kualitatif
atau model matematis.
III : METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini menjelaskan metode yang digunakan penulis dalam
pelaksanaan penelitian yaitu tentang diagram alur penelitian, penyiapan
spesimen uji, pembuatan spesimen uji, serta pengujian mekanis serat.
IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini berisikan data-data yang diperlukan dan pembahasan
tentang studi kasus yang diteliti yaitu pengujian komposisi kimia serat
ijuk, uji tarik statis, dan diameter serat dengan Mikrometer sekrup ,
struktur mikro dengan Scanning Electron Microscope (SEM) kemudian
dianalisa.
6
V
: SIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari data yang diperoleh
dan pembahasan dari penulis tentang studi kasus yang diambil.
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan literatur-literatur atau referensi-referensi yang diperoleh penulis
untuk menunjang penyusunan laporan penelitian
LAMPIRAN
Berisikan beberapa hal yang mendukung penelitian.
II. KAJIAN PUSTAKA
A. Serat Ijuk
Serat merupakan salah satu material rancang bangun paling tua. Jute, flax, dan
hemp telah digunakan untuk menghasilkan produk seperti tali tambang, jaring,
cordage, water hose dan container sejak dahulu kala. Serat tumbuhan dan
binatang masih banyak digunakan untuk felts, kertas, sikat tau kain tebal.
Serat atau fiber dalam bahan komposit berperan sebagai bahan utama yang
menahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat
tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan atau
diameter serat yang mendekati kistal maka semakin kuat bahan tersebut, karena
minimnya cacat pada material (Triyono & Diharjo K, 2000).
Selain itu serat atau fiber juga merupakan unsur yang terpenting, karena
seratlah yang nantinya akan menentukan sifat mekanik komposit tersebut
seperti kekakuan, keuletan, kekuatan dan sebagainya. Fungsi utama dari serat
adalah : (a) Sebagai pembawa beban yaitu dalam struktur komposit 70%-90%
beban dibawa oleh serat. (b) Memberikan sifat kekakuan, kekuatan, stabilitas
panas dan sifat-sifat lain dalam komposit. (c) Memberikan insulasi kelistrikan
(konduktivitas) pada komposit, tetapi ini tergantung dari serat yang digunakan.
8
Tabel 1. Sifat mekanik dari bebarapa jenis serat (Dieter H. Mueller)
Cotton
Flax
Jute
Kenaf
E-
Ramie Sisal
glass
Diameter
-
11-33
200
200
5-25
40-80
(mm)
50200
Panjang (mm)
10-60
10-40
1-5
2-6
-
60-
1-5
260
Kekuatan
330-585
Tarik (MPa)
Modulus
4,5-12,6
Elastisitas
345-
393-
1035
773
27,6 –
26,5
930
53
1800
69-73
400-
511-
1050
635
61,5
9,4-
45
15,8
(GPa)
Massa
Jenis
1,5-1,54
(gr/cm3)
Regangan
1,0- 8,0
1,43-
1,44-
1,52
1,5
2,7-3,2
1,5-
Maksimum
1,5
1,6
2,5
2,5-3
1,8
1,5-
1,16-
1,6
1,5
3,6-
2-2,5
3,8
(%)
Spesifik
39,2
73,8
52,5
63,2
73,4
71,4
43,2
0,85
3,21
1,8
3,6
2,98
4,18
1,07
Kekuatan
Tarik (km)
Spesifik
Kekakuan
(km)
9
Serat sebagai penguat dalam stuktur komposit harus memenuhi persyaratan
fungsional yaitu (a) modulus elastisitas yang tinggi, (b) Kekuatan patah yang
tinggi, (c) Kekuatan yang seragam di antara serat, (d) Stabil selama proses
produksi, (e) Diameter serat yang seragam.[ Schwartz,1984].
Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang yang
mengetahui kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serta alam lainnya.
Serat berwarna hitam yang dihasilkan dari pohon aren memiliki banyak
keistimewaan diantaranya : (a) Tahan lama hingga ratusan bahkan ribuan tahun
lebih, yaitu ditemukannya fakta benda purbakala yang diperkirakan
peninggalan abad ke 8 yang telah dipublikasikan di Koran kompas edisi Jumat
24 Juli 2009 yang berisi ditemukan pasak-pasak kayu yang lapuk tetapi tali
pengikat yang terbuat dari ijuk berwarna hitam masih relatif kuat. Hal ini
membuktikan serat ijuk mampu bertahan hingga ribuan tahun dan tidak mudah
terurai. (b) Tahan terhadap asam dan garam air laut, dimana serat ijuk
merupakan salah satu serat yang tahan terhadap asam dan garam air laut. Salah
satu bentuk pengolahan dari serat ijuk adalah tali ijuk yang telah digunakan
oleh nenek moyang kita untuk pengikat berbagai peralatan nelayan di laut. (c)
Mencegah penembusan rayap tanah yaitu serat ijuk dari pohon aren sering
digunakan sebagai bahan pembungkus pangkal kayu-kayu bangunan yang
ditanam dalam tanah untuk memperlambat pelapukan kayu dan mencegah
serangan rayap.[ Kartini, 2002]
10
Gambar 1. Serat Ijuk
B. Serat Alam dan Sintesis
Serat alam dan sintesis banyak jenis klasifikasinya. Serat alam yang sering
digunakan adalah serat pisang, kapas, wol, serat nanas, serat rami, dan serat
sabut kelapa , sedangkan serat sintesis diantaranya nilon, akril, dan rayon.
Tabel 2. Klasifikasi serat/ serat Tekstil [Surdia,dkk 1999]
NO
Serat
Jenis
Serat regenerasi
1.
Serat kimia atau serat buatan
Serat sintesis
Serat anorganik
Serat tumbuhan
2.
Serat alam
Serat binatang
Serat galian atau asbes
Serat alam adalah serat yang banyak diperoleh di alam sekitar yang berasal dari
tumbuh-tumbuhan seperti serat pelepah pisang, bambu, rosella, nanas, kelapa,
11
ijuk, dan lain-lain. Saat ini, serat alam mulai mendapatkan perhatian serius dari
para ahli material komposit karena, (a) Serat alam memiliki kekuatan spesifik
yang tinggi karena serat alam memiliki masa jenis yang rendah. (b) Serat alam
mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam yang dapat diolah kembali,
harganya relatif murah, dan tidak beracun. Serat alam seperti ijuk, sabut kelapa,
sisal, jerami, nanas dan lain-lain merupakan hasil alam yang banyak tumbuh di
Indonesia. Skema klasifikasi jenis serat alam.
Bahan Penguat Serat Alam
Serat Alam Non-wood
Serat Jerami
Serat Alam wood
Kulit Pohon
Contoh : Jagung.
Gandum, Batang
Padi
Daun
Serat Rumput
Contoh : Karung,
Serat Daun Nanas
Contoh: Kenaf,
Rami, Ijuk, Jute,
Hemp
Biji
Contoh:
kapas, Sabut
Contoh: bamboo,
Rumput
Gambar 2. Klasifikasi Jenis Serat Alam
Contoh:
Kayu Lunak
dan Keras
12
Macam- macam jenis serat diantaranya
1. Serat asbestos, serat ini dibagi menjadi 2, yaitu :(a). Crhysotile asbestos
(serat asbestos putih) mempunyai rumus kimia 3MgO.2SiO2.H2O dan
merupakan mineral yang tersedia cukup banyak di alam. Serat ini
mempunyai diameter minimum 0,001 m. Ditinjau dari segi kekuatannya
cukup baik, tetapi serat ini jarang tersedia di pasaran umum sehingga
menjadikan kurang banyak digunakan sebagai bahan tambahnya.
Crhysotile
asbestos
mempunyai
rumus
kimia
Na2O,
Fe2O3,3FeO.8SiO2.H2O. Serat ini mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi
sekitar 3500 Mpa dan cukup banyak di Kanada, Afrika Selatan dan Rusia.
(b) Hambatan jarang dipakainya serat ini adalah sulit didapatkan di setiap
Negara sehingga harganya relatif mahal, disamping itu beberapa tahun
belakangan ini banyak pendapat tentang bahaya serat ini terhadap
kesehatan manusia, serat ini dianggap sebagai salah satu penyebab penyakit
kanker (karsirorganik).
2. Serat Kaca
Serat ini mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi, sehingga penambahan
serat kaca pada beton akan meningkatkan kuat lentur beton. Tetapi
permukaan serat kaca yang licin mengakibatkan daya lekat terhadap bahan
ikatnya menjadi lemah dan serat ini kurang tahan terhadap sifat alkali semen
sehingga dalam jangka waktu lama serat akan rusak. Serat ini banyak
digunakan sebagai bahan penguat dalam komposit. Fungsi utama dari serat
ini adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi
13
rendahnya kekuatan komposit sangat bergantung dari serat yang digunakan,
karena tegangan yang dikenakan pada kompsit mulanya diterima oleh
matriks yng diteruskan serat, sehingga serat akan menahan beban sampai
beban maksimum. Oleh karena itu, serat haruslah mempunyai tegangan tarik
dan modulus elastisitas yang tinggi daripada matriks penyusun komposit.
Aplikasi dari serat gelas yang terkenal misalnya otomotif dan bodi kapal,
pipa plastik, kotak penyimpanan, dan industry dasar. Tabel 3. Sifat mekanik
Serat Gelas.
Serat
Massa Jenis
Kekuatan
Modulus
Panjang
(g/cm3)
Tarik (MPa)
Young (GPa)
Putus
E-Glass
2.5
2000-3500
70
2.5
S-Glass
2.5
4570
86
2.8
3. Serat baja (steel fiber)
Serat baja mempunyai banyak kelebihan diantaranya : mempunyai kuat tarik
dan modulus elastisitas yang cukup tinggi, tidak mengalami perubahan
bentuk akibat pengaruh sifat alkali semen. Penambahan serat baja pada
beton akan menaikkan kuat tarik, kuat lentur, dan kuat impak. Sedangkan
kelemahan serat baja adalah apabila serat baja tidak terlindung dalam beton
akan mudah terjadi karat (korosi), adanya kecenderungan serat baja tidak
menyebar secara merata dalam adukan dan serat baja hasil produki pabrik
harganya cukup mahal.
4. Serat karbon
14
Serat karbon mempunyai beberapa kelebihan yaitu tahan terhadap
lingkungan agresif, stail pada suhu yang tinggi, tahan terhadap abrasi, relatif
kaku dan lebih tahan lama. Tetapi penyebaran serat karbon dalam adukan
beton lebih sulit dibandingkan dengan serat jenis lain.
5.Serat polypropylene
Serat polypropylene dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai tali rafia.
Serat polypropylene mempunyai sifat tahan terhadap serangan kimia,
permukannya tidak basah sehingga mencegah terjadinya penggumpalan
serat selama pengadukan. Serat polypropylene mempunyai titik leleh 1650 C
dan mampu digunakan pada suhu lebih dari 1000C untuk jangka waktu yang
pendek.
6. Serat polyethylene
Serat polyethylene dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai tali tambang
plastic. Serat polyethylene ini hampir sama dengan serat polyethylene hanya
bentuknya berupa serat tunggal.
7. Serat Alami
Ada bermacam-macam serat alami antara lain; abaca, sisal, jute, ramie, ijuk,
serat sabut kelapa, pisang, dan lain-lain. Serat ijuk yaitu berwarna hitam dan
liat yang terdapat pada bagian pangkal pelepah daun pohon aren. Pohon aren
menghasilkan ijuk pada 4-5 tahun terakhir. Serat ijuk yang memuaskan
diperoleh dari pohon yang sudah tua, tetapi sebelum tandan (bakal) buah
muncul (sekitar umur 4 tahun), karena saat tandan bakal buah muncul ijuk
menjadi kecil-kecil dan jelek. [Evi,2008]
15
Adapun beberapa perbedaan antara serat alam dan serat sintesis, yaitu
(a).Kehomogenan dimana serat sintesis memiliki sifat yang lebih homogen
dibandingkan dengan serat alam, hal ini dikarenakan serat sintesis dibuat
dengan spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya, sedangkan serat alam
memang sudah tersedia di alam yang mudah diperoleh di alam. (b). Pengaruh
terhadap lingkungan, dimana serat alam lebih bersifat ramah terhadap
lingkungan dibandingkan serat sintesis. Hal ini dikarenakan serat alam berasal
dari alam sehingga mudah terurai. Pada umumnya serat sintesis sering
digunakan masyarakat karena serat sintesis memiliki ukuran kekuatan tertentu
dan lebih homogen sehingga mudah untuk diaplikasikan untuk suatu material.
(c). Kekuatan, yaitu pada umumnya serat sintesis mempunyai kekuatan tarik
yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan serat alam. Hal ini dikarenakan
serat sintesis mempunyai spesifikasi kekuatan tertentu setelah dilakukan
proses produksi, sedangkan serat alam memiliki kekuatan yang hanya
tergantung dari yang tersedia di alam sehingga mampu menyesuaikan untuk
menggunakannya pada keperluan tertentu. (d). Kemampuan untuk diolah atau
diproses dimana Serat sintesis memiliki kemampuan untuk diproses yang lebih
tinggi dibandingkan serat alam, karena serat sintesis telah diproduksi oleh
pabrik atau industri sehingga dirancang agar dapat diproses lagi untuk
keperluan pembuatan material tertentu. (e) Harga, yaitu Serat sintesis memiliki
harga yang lebih mahal dibandingkan serat alam., karena serat alam mudah
diperoleh dan tersedia di alam sedangkan serat sintesis harus melewati proses
produksi yang memerlukan biaya.[ anonym, 2009]
16
C. Perlakuan Serat
Perlakuan serat merupakan perlakuan yang diberikan terhadap serat untuk
meningkatkan ikatan antara fiber dan matriks sehingga dapat meningkatkan
sifat mekanik komposit seperti kekuatan tarik, kekuatan bending, dan modulus
elastik. Adapun perlakuan serat, diantaranya
1. Perlakuan serat sintesis
a. Glass fiber (serat kaca) yaitu dengan tujuan meningkatkan kekuatan
fiber dan matriks melalui ikatan fisik dan kimia untuk melindungi
permukaan serat dari kelembapan dan fluida reaktif. Salah satu contoh
perlakuan serat gelas adalah perlakuan permukaan serat dengan
menggunakan silane dalam larutan, dimana silane dilarutkan ke dalam
air, dan terjadi hidrolisis :
R’ – Si (OR)3 + γ HβO R’- Si (OH)3 + 3HOR
Sebelum dimasukkan ke dalam lautan silane, permukaan serat harus
dibersihkan dan dipanaskan sampai temperature 3400 C selama 15-20
jam.
b.
Carbon fiber, yaitu bertujuan untuk meningkatkan ikatan dengan
matriks serta meningkatkan surface area dengan menciptakan
micropore (lubang-lubang kecil) sehingga jumlah contact point dari
ikatan fiber-matriks lebih banyak. Perlakuan serat karbon terdiri atas 2
tipe, yaitu (a). Oksidatif, menghasilkan kelompok fungsional asam
seperti carboxylic, phenolic dan hydroxylic pada permukaan serat
kabon. Dengan menggunakan oksigen atau yang mengandung gas
dengan melalui fase oksidasi yang dipanaskan sampai temperature
17
2500C, (b). Non Oksidatif dimana serat dilapisi dengan polimer organic
yang memiliki kemampuan bereaksi dengan matriks resin. Contoh
polimer coating adalah stryrene-maleicanhydride copolymer dan
polyamides, dan lain-lain.
c. Kevlar Fiber yaitu serat polimer yang sangat kuat dan dapat
meningktkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan
sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal,
misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya,
material komposit bukanlah pengguaan asli dari Kevlar. Kevlar
dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk
membuat rompi, helm antipeluru. Perlakuan ini bertujuan meningkatkan
ikatan fiber-matriks. Terdapat 2 metode untuk meningkatkan ikatan
Kevlar 49 dengan epoxy : (a). filament surface oxidation atau plasma
etching
dengan
mengurangi
kekuatan
serat
tetapi
cenderung
meningkatkan kekuatan aksial komposit yang tergantung pada kekuatan
interfacial fiber-matriks. (b) Formation of reactive groups seperti
amina (NH2) pada permukaan serat dimana membentuk ikatan kovalen
dengan epoxide group pada bidang permukaan.
2. Perlakuan serat alam, yaitu bertujuan untuk meningkatkan ikatan antara
serat dan matriks dengan cara menghilangkan lapisan pada serat alam yaitu
berupa selulosa, hemilulosa, dan lignin.
18
a. Serat kelapa sawit, dimana diberikan perlakuan alkali yang
direndam dengan NaOH selama 2 jam memiliki kekuatan tarik
paling tinggi dibandingkan perendaman NaOH 0, 4, 6, dan 8 jam.
b. Serat rami, yaitu (a) Perlakuan perendaman serat. Serat rami yang
masih mengandung lignin dan kotoran tersebut dibersihkan dengan
menggunakan air. Serat yang sudah bersih direndam di dalam
larutan alkali 5% NaOH dengan variasi waktu perendaman 0,2,4,
dan 6 jam. Selanjutnya serat dinetralkan dari efek NaOH dengan
perendaman menggunakan air bersih. Setelah pH rendaman netral
pH= 7, serat ditiriskan hingga kering tanpa sinar matahari.
Bahan matrik yang digunakan adalah unsurated polyester (UPRS)
157 BQTN. Hardener yang dipakai adalah MEKPO (metal etil keton
peroksida) dengan kadar 1%. Komposit dibuat dengan metode cetak
tekan untuk fraksi volume serat sekitar 35%. (b). Pengaruh variasi
volume serat. Jumlah masing-masing sampel uji sebanyak 6 buah
dengan fraksi volume serat (10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%). Serat
rami yang digunakan berupa serat kontinyu. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa semakin banyak volume serat maka kekuatan
tarik dan modulus elastic komposit semakin tinggi. Perbandingan
antara komposit yang ditarik secara longitudional memiliki
kekuatan tarik dan modulus elastic yang lebih tinggi dibandingkan
secara transversal.
c. Serat pandan dan batang pisang, dimana serat batang pisang dan
pandan dicelupkan pada larutan polipropilena dengan kosentrasi
19
10%, 20%, dan 30% berat selama 30 menit. Lalu dibiarkan kering
dalam udara terbuka, setelah kering dimasukkan ke dalam hot press
pada temperature 1700C. Hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa
kekuatan tarik komposit serat pandan lebih tinggi dibanding
komposit serat batang pisang. [anonym .2011]
D. Metode Pengekstrakan Serat Ijuk
Pada umunya metode pengekstrakan serat ijuk dari pohon aren hanya dilakukan
secara manual yaitu ijuk dihasilkan dari pohon aren yang telah berumur lebih
dari 4-5 tahun sampai dengan tongkol-tongkol bunganya keluar. Pohon yang
masih muda produksi ijuknya kecil. Demikian pula pohon yang mulai berbunga
kualitas dan hasil ijuknya tidak baik.
Tahap awal pengekstrakannya yaitu dengan memotong pangkal pelepahpelepah daun, kemudian ijuk yang bentuknya berupa lempengan anyaman ijuk
itu lepas dengan menggunakan parang dari tempat ijuk itu menempel.
Lempengan- lempengan anyaman ijuk yang baru dilepas dari pohon aren masih
mengandung lidi-lidi ijuk. Lidi-lidi ijuk dapat dipisahkan dari serat-serat ijuk
dengan menggunakan tangan. Untuk membersihkan serat ijuk dari berbagai
kotoran dan ukuran serat ijuk yang besar, digunakan sisir kawat.
Dalam proses produksinya, serat ijuk dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu
(a). Proses secara manual merupakan suatu proses produksi yang dalam seluruh
rangkaiannya hanya menggunakan tenaga manusia dan peralatan yang
20
digunakan adalah peralatan yang seadanya (konvesional). Dalam proses ini
semua dilakukan dengan manual tanpa tersentuh oleh automasi sedikit pun,
semua rangkaian proses mulai dari proses pertama sampai proses finishing
semuanya dilakukan dengan tenaga manusia. (b) Proses secara automatic yaitu
satu rangkaian proses produksi yang di dalam prosesnya sudah menggunakan
peralatan yang canggih (automatic) bahkan ada yang sudah menggunakan
robot dalam rangkaian prosesnya, dan tenaga manusia hanya digunakan saat
proses setting machine saja. (c) Proses secara semiautomatis yaitu proses yang
paling banyak digunakan di dunia industri, cara ini adalah gabungan antara cara
manual dan automatis.[anonym, 2012].
Sedangkan pada pengekstrakan serat nanas dari daunnya (fiber sxtraction)
dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:
(a) Proses secara manual (water
retting and scrapping). Water retting adalah proses yang dilakukan oleh micoorganisme (bacterial action) untuk memisahkan zat-zat perekat (gunny
substance) yang berada di sekitar serat daun nanas, sehingga serat akan mudah
terpisah dan terurai stu dengan lainnya. Proses water retting dilakukan dengan
cara memasukkan daun-daun nanas ke dalam air dengan waktu tertentu.. karena
water retting pada dasarnya adalah proses micro-organisme, maka beberapa
factor sangat berpengaruh terhadap keberhasilan proses ini antara lain kondisi
pH air, temperature, cahaya, perubahan kondisi lingkungan, macro nutrients,
jenis bakteri yang ada dalam air, dan lamanya waktu proses. Daun-daun nanas
yang telah mengalami proses water retting kemudian dilakukan dengan proses
pengikisan atau pengerokan (scraping) dengan menggunakan plat atau pisau
21
yang tidak tajam untuk menghilangkan zat-zat yang masih menempel atau
tersisa pada serat, sehingga serat-serat daun nanas akan lebih terurai satu
dengan lainnya. Serat-serat tersebut dicuci dan dikeringkan. Karena dilakukan
secara manual dengan tangan, proses water retting dan terutama pada proses
scrapping
diperlukan
keahlian
dan
kesabaran
seseorang
dalam
mengerjakannya. Dalam penelitian menunjukkan proses water retting ini akan
menghasilkan warna serat daun nanas yang berwarna kecoklat-coklatan akibat
adanya proses micro-organisme yang tumbuh padas serat tersebut, yang pada
umumnya dikenal dengan istilah rust atau karat. [ Kirby, 1963]. (b) Proses
dengan peralatan mesin decorticator. Mesin decorticator terdiri dari suatu
silinder atau drum yang dapat berputar pada prosesnya. Pada permukaan
silinder terpasang beberapa plat atau jarum-jarum halus (blades) yang akan
menimbulkan proses permukulan (beating action) serat daun nanas pada saat
silinder berputar. [ Doraiswarny dkk, 1993]. Gerakan perputaran silinder dapat
dilakukan dengan secara manual (tenaga manusia) atau menggunakan motor
listrik. Saat silinder berputar, daun-daun nanas sambil dipegang dengan tangan,
disuapkan diantara silinder dan pasangan rol dan plat penyuap. Karena daundaun nanas yang disuapkan mengalami proses pengelupasan, pemukulan, dan
penarikan (crushing, beating, and pulling action) yang dilakukan oleh plat-plat
atau jarum- jarum halus (blades) yang terpasang pada permukaan silinder
selama berputar, maka kulit daun ataupun zat- zat perekat (gunny substance)
yang terdapat di sekitar serat akan terpisah dengan seratnya. Pada setengah
proses decorticasi dari daun nanas yang telah selesai, kemudian dengan pelan,
dan kemudian ditarik kembali. [Mohtar dkk, 2007].
22
E. Pengaruh Kimia Terhadap Karakteristik Serat
Dampak bahan kimia terhadap serat sangatlah besar, diantaranya adalah sifatsifat tarik dari serat rami yang telah dieksplorasi. Perlakuan kimia
menunjukkan peningkatan kekuatan tarik pada serat mono filamen serat rami
yang telah diberikan perlakuan alkali NaOH 15% menunjukkan gaya 0,049 N
dan 0,098 N. Hasil penelitian menunjukkan peningkatan kekuatan tarik serat
rami meningkat 4-18% dari pada serat rami yang tidak mendapat perlakuan
sedangkan modulus elastisitas serat yang diberi perlakuan kimia menurun. Hal
ini disebabkan karena regangan patah meningkat secara drastis dari 0,0450,072 , dimana peningkatan dua atau tiga kali lebih tinggi dari pada serat yang
tidak diberi perlakuan kimia. [Goda, dkk.2005]
Tabel 4. Peningkatan tegangan dan regangan pada serat rami yang mendapat
perlakuan dan tidak mendapat perlakuan kimia. [Goda, dkk.2005].
Gaya terbaca
Diameter
Gaya Patah
Kekuatan tarik
Serat
(N)
(mm)
Regangan
Patah
(N)
(N/mm2)
(%)
Kondisi I (Tanpa Perlakuan NaOH)
0
0,049
0,252
151
0,45
0,049
0,046
0,434
306
0,061
0,098
0,044
0,562
441
0,065
Kondisi II (Dengan Perlakuan NaOH )
0
0,031
550
550
0,068
0,049
0,028
661
661
0,072
0,098
0,026
606
606
0,072
23
F. Komposisi Kimia Serat Ijuk
Ijuk yang dihasilkan pohon aren mempunyai sifat fisik diantaranya : berupa
helaian benang (serat) berwarna hitam, berdiameter kurang dari 0,5 mm,
bersifat kaku dan ulet (tidak mudah putus). Selama ini pemanfaatan ijuk belum
terlalu banyak yaitu diantaranya sebagai bahan pembuat sapu dan tali tambang.
Komposisi bahan penyusun dalam serat pada tanaman diantaranya
a. Selulosa
Selulosa merupakan suatu senyawa karbohidrat yang dapat ditemukan
secara melimpah di alam ini. Selulosa terdapat di dalam dinding sel
tumbuhan. Selulosa tersusun atas unit-unit glukosa yang berasal dari proses
fotosintesis tumbuhan. Kemudian dalam suatu proses yang kompleks,
glukosa mengalami modifikasi secara kimia dengan dipindahkannya satu
molekul air dari setiap unit sehingga terbentuklah anhidrid glukosa.
C6H12O12
+ H2O
C6H10O6
Glukosa
air
anhidid glukosa
Selulosa adalah suatu polimer yang terdiri dari unit-unit anhidrid glukosa
yang saling bersambungan ujung-ujungnya secara bersama-sama. Dengan
eliminasi bersama air membentuk rantai panjang yang dikenal dengan
selulosa (C6H10O5)n dengan n (derajat polimerisasi) sekitar 500-10000.
24
Tabel 5. Kandungan selulosa dalam berbagai bahan tumbuhan.
Bahan Tanaman
Selulosa (%)
Kapas
95-99
Rami
80-90
Bambu
40-50
Kayu
40-50
Lumut
25-30
Ekor Kuda
25-30
Bakteria
20-30
Tinjauan bidang glukosa pada selulosa terlihat dibawah gambar berikut ini
Gambar 3. Rumus Kimia Selulosa
Molekul- molekul selulosa seluruhnya terbentuk linier dan mempunyai
kecenderungan membentuk ikatan-ikatan hydrogen intra dan intermolekul.
Sehingga berkas-berkas selulosa membentuk agregat bersama-sama dalam
bentuk mikrofibril, daerah yang teratur (kristalin) diselingi dengan daerah
yang tidak teratur (amorf).
25
Mikrofibril ini membentuk fibril-fibril dan akhirnya terbentuklah serat-serat
selulosa. Karena strukturnya yang berserat dan ikatan-ikatan hydrogen yang
kuat menyebabkan selulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan
tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Meskipun selulosa merupakan
karbohidrat tetapi selulosa bukanlah sumber makanan bagi manusia atau
hewan.
b. Hemiselulosa
Disamping selulosa dalam jaringan tanaman terdapat sejumlah polisakarida
yang disebut poliosa atau hemilulosa. Hemilulosa semula diduga
merupakan senyawa antara dalam biosintesis selulosa. Namun saat ini telah
diketahui bahwa hemiselulosa termasuk dalam kelompok polisakarida
heterogen yang dibentuk melalui jalan biosintesis yang berbeda dari
selulosa. Hemiselulosa berbeda dari selulosa karena komposisinya terdiri
dari
SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS PADA SERAT IJUK
(ARENGA PINNATA MERR)
Oleh
Imam Munandar
Serat ijuk merupakan serat alami yang ketersediaannya berlimpah, tetapi belum
dimanfaatkan secara optimal. Serat ijuk dapat digunakan sebagai penguat alternatif
untuk bahan komposit. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan tarik
dan morphologi serat ijuk melalui hasil pengamatan photo Scanning Electron
Microscope (SEM).
Pengekstrakan serat ijuk dilakukan dengan menggunakan sisir kawat yang berfungsi
untuk memisahkan serat ijuk dengan pelepahnya. Dalam penelitian ini, serat ijuk
yang dipilih yaitu berdiameter 0.25- 0.35mm, 0.36-0.45mm, dan 0.46-0.55 mm.
Selanjutnya dilakukan perendaman menggunakan larutan alkali yaitu NaOH 5%
selama 2 jam., kemudian di oven dengan suhu 800 C selama 15 menit. Setelah itu dila
kukan pengujian tarik dengan standar ASTM D 3379-75.
Hasil dari penelitian didapatkan bahwa semakin kecil diameter serat, maka kekuatan
tariknya semakin tinggi. Kekuatan tarik terbesar pada kelompok serat ijuk
berdiameter kecil (0.25-0.35 mm) adalah sebesar 208.22 MPa, regangan 0.192%,
modulus elastisitas 5.37GPa dibandingkan kelompok serat ijuk dengan diameter besar
(0.46-0.55 mm) sebesar 173.43 MPa, regangan 0.37%, modulus elastisitas 2.84 GPa.
Hal ini dikarenakan rongga pada serat berdiameter 0.46-0.55 mm lebih besar
dibandingkan serat berdiameter 0.25-0.35 mm
Keywords: Serat Ijuk, Oven, NaOH, Kekuatan Tarik, Scanning Electron Microscope
(SEM)
SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS
PADA SERAT IJUK (ARENGA PINNATA MERR)
(Skripsi)
Oleh
IMAM MUNANDAR
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2013
SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS
PADA SERAT IJUK (ARENGA PINNATA MERR)
Oleh
Imam Munandar
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2013
Judul Tugas Akhir
: SIFAT MEKANIK DAN SIFAT FISIS PADA
SERAT IJUK(ARENGA PINNATA MERR)
Nama Mahasiswa
: Imam Munandar
Nomor Pokok Mahasiswa
: 0715021056
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknik
MENYETUJUI
1. Komisi Pembimbing
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr.Eng.Shirley Savetlana,S.T.,M.Met
NIP. 197402021999102001
Drs. Sugiyanto, M.T.
NIP. 195704111986101001
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin
Harmen Burhanuddin,S.T.,M.T
NIP . 196906202000031001
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua
: Dr.Eng.Shirley Savetlana,S.T.,M.Met ______________
Penguji Utama
: Ir. Nafrizal,.M.T.
Anggota Penguji : Harnowo Supriadi, M.T
2. Dekan Fakutas Teknik Universitas Lampung
Dr.Ir.Lusmeilia Afriani, D.E.A.
NIP. 196505101993032008
Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 14 Januari 2013
______________
______________
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tanjung Karang, tanggal 19 Agustus 1989,
sebagai anak kelima dari enam bersaudara dari pasangan Ayahanda
Drs. Rum Hatta (Alm) dan Ibunda Junainah.
Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar (SD) Negeri 2 Perumnas Way
Halim pada tahun 2001, SLTP Negeri 19 Bandar Lampung pada tahun 2004, dan
SMA Negeri 5 Bandar Lampung pada tahun 2007.
Pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas
Teknik, Universitas Lampung melalui Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru
(SPMB). Selama menjadi mahasiswa, penulis menjadi pengurus HIMATEM
(Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin) sebagai Kepala Bidang Penelitian dan
Pengembangan pada tahun 2009, anggota Cremona tahun 2009, serta tahun 2010
sebagai Dewan Pembina Mahasiswa (DPM). Penulis pernah menjadi asisten
praktikum di Laboratorium Material (2008-2009), (2010-2011), dan (2012/2013)
Kemudian pada bulan Januari tahun 2010, Penulis melakukan Kerja Praktek (KP)
di PT. PERTAMINA (Persero) REFINERY UNIT II Dumai, Riau .
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada
kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai dari
suatu urusan, kerjakanlah urusan yang lain dan
hanya kepada Allah hendaknya kamu berharap”
(QS. Al insyirah : 6-8)
”Segala sesuatunya sudah ditentukan, jalannya
manusia hanyalah doa dan usaha, rejeki maut dan
jodoh hanyalah penantian”
(Pepatah)
”Ikutilah air mengalir sampai ke titik terendah,
disanalah ia akan bermuara”
(Pepatah)
”Janganlah pernah menangisi keadaan, tetaplah
berdiri dan tunjukkan jati dirimu”
(Penulis)
Skripsi ini saya persembahkan sebagai
tanda hormat dan terima kasih saya kepada:
Keluargaku
dan
Almamater Tercinta
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Alhamdulillah, puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT, Tuhan seru
sekalian alam, karena atas ridho dan rahmat-Nya skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul “Sifat Mekanik dan Sifat Fisis Pada Serat Ijuk“ adalah salah
satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada segenap pihak
yang telah membantu, sehingga pelaksanaan dan penulisan skripsi ini dapat
berjalan dengan baik. Ucapan terima kasih tersebut layak penulis hanturkan
kepada:
1. Ibu Dr. Lusmeilia, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.
2. Bapak Harmen Burhanudin, S.T., M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Lampung.
3. Ibu Dr. Shirley Savetlana S.T., M.Eng., selaku Pembimbing Utama Tugas
Akhir yang telah berkenan memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan
selama penulis melaksanakan ujian dan penyelesaian Tugas Akhir ini.
4. Bapak Drs. Sugiyanto, M.T., selaku Pembimbing Pendamping Tugas Akhir
yang telah berkenan memberikan bimbingan, saran, dan pengarahan selama
melaksanakan penelitian.
iii
5. Bapak Ir. Nafrizal, M.T., selaku Pembahas Tugas Akhir yang telah berkenan
memberikan bimbingan, saran, dan pengarahan selama melaksanakan
penelitian
6. Bapak Harnowo, S.T., M.T, dan Ir. Herry Wardono, M.Sc selaku Pembimbing
Akademik yang telah memberikan bimbingan selama perkuliahan, masukan
dan saran yang telah diberikan.
7. Seluruh Dosen Pengajar dan Staf Administrasi Jurusan Teknik Mesin yang
telah banyak memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik
berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi.
8. Ayahanda Drs. Rum Hatta S.ag (Alm) dan Ibunda Junainah, atas nasehat, doa
restu, cinta, kesabaran dan kasih sayangnya.
9. Ayuk fithri, Kakak Ita, Ayuk Neli, Ayuk Feni, adikku Arif Budiman, dan Kak
Raswin, Kak Ecin, Kak Tanto serta Segenap keluarga besar penulis atas
dukungan, motivasi,bantuan dan doanya.
10. Efri Mahmuda sebagai teman satu team Tugas Akhir dan Ragil Kurniawan,
Bakung Kunto W, Joni Yanto, Rahmad Ramadhan, Meylia Rodiawaty, Asep
Rulloh S.T., A.Isnain P, Reza Adhan, Agus kempol, Jeffry, Lamsihar, Kakak
Chan, Porda, Yohanes, Indra, Desi yanto Utomo, Kristoper, Ridho Q, Jasiron,
Riyan, Agung Juntax, Dwi wahyudi dan rekan–rekan Teknik Mesin 2007
serta Kakak dan Adik tingkat Teknik Mesin tercinta yang telah membantu
dan memberikan dukungannya semoga kebersamaan ini tetap terjaga hingga
akhir hayat.
11. Bapak Riyanta dan Ibu Susan atas bantuannya selama pengujian Tugas Akhir
di Institut Teknologi Bandung.
iv
12. Bapak Riyan Rudi atas bantuannya selama pengujian Tugas Akhir di Sekolah
Tinggi Teknologi Tekstil (STTT) Bandung.
13. Imam Munandar, Ryan, Yogi, Ikbal, Obby, Agil, Bayu, Hendra, Sandi, Bang
Boy dan Rekan-rekan Teknik Mesin Universitas Jenderal Achmad Yani
Cimahi atas bantuannya selama pengujian Tugas Akhir Bandung
14. Sahabat-sahabatku SMA Negeri 5 Bandar Lampung Khususnya Fery
febriansyah, Ilham Alvin, Dicky azis N, M.Satya D, Galank, Adonia Manik,
Yoki, dan atas motivasi, saran, dan dukungannya selama ini dan semoga
kebersamaan ini tetap terjaga hingga akhir hayat
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan serta jauh
dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan adanya saran dan
kritik yang bersifat membangun demi perbaikan skripsi ini. Sedikit harapan
semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Amien.
Bandar Lampung, Februari 2013
Penulis,
Imam Munandar
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................................i
SANWACANA ..................................................................................................ii
DAFTAR ISI .....................................................................................................v
DAFTAR TABEL ......................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... x
I.
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang ..................................................................................... 1
B.
Tujuan Penelitian ................................................................................. 3
C.
Manfaat Penelitian ................................................................................ 3
D.
Batasan Masalah.................................................................................... 4
E.
Hipotesa................................................................................................. 4
F.
Sistematika Penulisan ........................................................................... 5
II. KAJIAN PUSTAKA
A.
Serat Ijuk ............................................................................................... 6
B.
Serat Alam dan Sintesis ...................................................................... 10
C.
Perlakuan Serat.................................................................................... 16
D.
Metode Pengekstrakan Serat Ijuk........................................................ 19
E.
Pengaruh Kimia Terhadap Karakteristik Serat ................................... 22
F.
Komposisi Kimia Serat Ijuk ................................................................ 23
vi
G.
Hasil-hasil Penelitian Serat Ijuk .......................................................... 29
H.
Aplikasi Komposit Serat Alam ........................................................... 32
I.
Sifat-Sifat Material Serat..................................................................... 33
J.
Sifat-Sifat Mekanik Material............................................................... 33
K.
Perlakuan Alkali .................................................................................. 34
L.
Kekuatan Tarik .................................................................................... 36
M. Mikrometer Sekrup ............................................................................. 40
N.
Photo Scanning Electrone Microscope (SEM) .................................... 41
III. METODE PENELITIAN
A.
Tempat Penelitian ............................................................................... 42
B.
Bahan dan Peralatan Penelitian .......................................................... 42
1. Bahan Penelitian ........................................................................... 42
2. Peralatan Penelitian ....................................................................... 44
C.
Prosedur Penelitian ............................................................................. 46
1. Survey Lapangan dan Study Literature ........................................ 46
2. Persiapan Serat Ijuk ...................................................................... 47
3. Pembuatan Spesimen Uji .............................................................. 48
4. Sifat Mekanik dan Sifat Fisis........................................................ 49
D.
Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ................................................. 57
vii
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
V.
A.
Komposisi Kimia Pada Serat Ijuk ....................................................... 58
B.
Kekuatan Tarik Pada Serat Ijuk .......................................................... 65
SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ............................................................................................. 81
B.
Saran.................................................................................................... 82
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A
LAMPIRAN B
DAFTAR TABEL
Tabel
Hal
1.
Sifat Mekanik Dari Beberapa Jenis Serat ................................................... 8
2.
Klasifikasi Serat/Serat Tekstil ................................................................... 10
3.
Sifat Mekanik Serat Gelas......................................................................... 13
4.
Peningkatan Tegangan Dan Regangan Pada Serat Rami Yang
Mendapat Perlakuan Dan Tidak Mendapat Perlakuan Kimia ................... 22
5.
Kandungan Selulosa Dalam Berbagai Bahan Tumbuhan. ........................ 24
6.
Komposisi Kimia Serat Kapas .................................................................. 27
7.
Kandungan Kimia Eceng Gondok Segar .................................................. 28
8.
Kandungan Dari Tangkai Eceng Gondok Kering ..................................... 28
9.
Sifat-Sifat Fisik Dan Kimia Beberapa Serat Alam ................................... 29
10.
Koefisien serapan papan komposit serat ijuk terhadap sinar
dan sinar
................................................................................................................... 30
11.
Kuat Tarik Belah Campuran Semen-Pasir-Ijuk ........................................ 31
12.
Kuat Desak Campuran Semen-Pasir-Ijuk ................................................. 32
13.
Aplikasi Komposit Serat Alam ................................................................. 32
14.
Pengujian Tarik Serat Nilon ...................................................................... 36
15.
Pengamatan Diameter Serat ...................................................................... 45
16.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Tanpa Perlakuan .......................................... 59
ix
17.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Perlakuan Perendaman NaOH 5%
Selama 2 Jam Tanpa di Oven 800 C .......................................................... 59
18.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 15 Menit ......... 60
19.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 30 Menit ......... 60
20.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 60 Menit ......... 61
21.
Komposisi Kimia Serat Ijuk Dengan Pemanasan Selama 90 Menit ......... 61
22.
Komposisi Kimia Serat Ijuk ..................................................................... 62
23.
Hasil Pengujian Rata-rata Kekuatan Tarik, Regangan, Dan
Modulus Elastisitas Kelompok Serat Ijuk ................................................. 71
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Hal
1.
Serat Ijuk ................................................................................................... 10
2.
Klasifikasi Jenis Serat Alam ...................................................................... 11
3.
Rumus Kimia Selulosa .............................................................................. 24
4.
Kurva Tegangan-Regangan ....................................................................... 37
5.
Fungsi Mikrometer Sekrup ........................................................................ 40
6.
Skala Mikrometer Sekrup .......................................................................... 41
7.
Contoh Photo Scanning Electrone Microscope (SEM) ............................. 41
8.
Serat Ijuk ................................................................................................... 43
9.
Air dan aquades ......................................................................................... 43
10.
Karton ........................................................................................................ 43
11.
Lem Perekat ............................................................................................... 44
12.
Alkali NaOH .............................................................................................. 44
13.
Mesin Uji Tarik Statis ............................................................................... 45
14.
Mikrometer Sekrup ................................................................................... 45
15.
Alat Uji Scanning Electrone Microscope (SEM) ...................................... 45
16. Sisir Kawat ................................................................................................. 46
17.
Spidol, Penggaris, cutter ........................................................................... 46
18.
Ukuran Uji Tarik Serat Standar ASTM D 3379-75................................... 47
19.
Pembacaan Skala Mikrometer Sekrup....................................................... 54
xii
20.
Diagram Alir Penelitian ............................................................................. 57
21.
Grafik Komposisi Kimia Serat Ijuk ........................................................... 62
22.
Grafik Force vs Terhadap elongation 0.3 mm ........................................... 65
23.
Grafik Force vs Terhadap elongation 0.4 mm ........................................... 65
24.
Grafik Force vs Terhadap elongation 0.5 mm ........................................... 66
25.
Diameter 0.3 mm Pada Serat Ijuk Yang Didapat SEM ............................. 67
26.
Morphologi Pada serat Ijuk Berdiameter 0.3 mm Yang Didapat SEM .... 67
27.
Diameter 0.4 mm Pada Serat Ijuk Yang Didapat SEM ............................. 68
28.
Morphologi Pada serat Ijuk Berdiameter 0.4 mm Yang Didapat SEM ..... 68
29.
Diameter 0.5 mm Pada Serat Ijuk Yang Didapat SEM ............................. 69
30.
Morphologi Pada serat Ijuk Berdiameter 0.5 mm Yang Didapat SEM ..... 69
31.
Grafik Tegangan Tarik Terhadap Serat Ijuk ............................................ 71
32.
Grafik deviasi Stress Terhadap Serat Ijuk ................................................ 72
33.
Grafik Strain Terhadap Serat Ijuk ............................................................. 73
34.
Grafik Deviasi Strain Terhadap Serat Ijuk ................................................ 73
35.
Grafik Modulus Young Terhadap Serat Ijuk ............................................. 74
36.
Grafik Deviasi Modulus Young Terhadap Serat Ijuk................................ 75
37.
Photo SEM Morfologi Serat Ijuk yang Berdiameter 0.3 mm
a. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Sebelum dilakukan uji tarik……..76
b.Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Setelah dilakukan uji tari k ………76
38.
Photo SEM Morfologi Serat Ijuk Yang Berdiameter 0.4 mm
a. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Sebelum Dilakukan Uji Tarik........ 77
b. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Setelah Dilakukan Uji Tarik.......... 77
xiii
39.
Photo SEM Morfologi Serat Ijuk Yang Berdiameter 0.5 mm
a. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Sebelum Dilakukan Uji Tarik........ 78
b. Photo SEM Morphologi Serat Ijuk Setelah Dilakukan Uji Tarik.......... 78
40.
Perendaman Serat Ijuk Menggunakan NaOH 5% Selama 2 jam .... Lamp. B
41.
Serat Ijuk Setelah Dibersihkan Dengan Aquades ............................ Lamp. B
42.
Pengovenan Serat ............................................................................ Lamp. B
43.
Hasil Beberapa Patahan Uji Tarik ................................................... Lamp. B
44.
Proses Coating Serat Ijuk ................................................................ Lamp. B
45.
Posisi Saat Peletakan Uji SEM ........................................................ Lamp. B
46.
Proses pengambilan gambar SEM ................................................... Lamp. B
I.PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Serat merupakan material yang umumnya jauh lebih kuat dari matriks dan
berfungsi memberikan kekuatan tarik. Secara umum dapat dikatakan bahwa
fungsi serat adalah sebagai penguat bahan untuk memperkuat komposit
sehingga sifat-sifat mekaniknya lebih kuat, kaku, tangguh, dan lebih kokoh bila
dibandingkan dengan tanpa serat penguat. [Hesti, 2009]
Pada dewasa ini teknologi komposit serat mengalami kemajuan yang sangat
pesat. Pada dasarnya serat dibagi menjadi dua yaitu serat alami (natural fibers)
dan serat buatan (synthetic fibers). Serat banyak dimanfaatkan di dunia
perindustrian, seperti pabrik pembuat tali, industri tekstil, industri kertas,
karena mempunyai kekuatan yang tinggi, serat sangat baik untuk material
komposit. Perkembangan komposit tidak hanya komposit sintesis saja tetapi
juga mengarah ke komposit natural dikarenakan keistimewaan sifatnya yang
dapat didaur ulang atau terbarukan, sehingga mengurangi konsumsi petrokimia
maupun gangguan lingkungan hidup. [Evi, 2008]
Pemanfaatan serat alam (natural fibers) seperti serat ijuk, kenaf, serat sabut
kelapa, serat bambu, abaca, rosella, serat nanas, serat jerami, serat pisang dan
2
serat alami yang lain yang biasa dimanfaatkan sebagai material temuan yang
bersifat inovatif, bahkan gagasan yang menajupkan terutama untuk bahan baku
industri material komposit, yakni serat ijuk. Indonesia merupakan salah satu
negara penghasil serat ijuk di dunia dengan kapasitas 164389 ton/ tahunnya
dan provinsi Lampung menghasilkan serat ijuk sebesar 2004 ton/tahun.
Serat ijuk adalah serat alam yang berasal dari pohon aren. Dilihat dari bentuk,
pada umumnya bentuk serat alam tidaklah homogen. Hal ini disebabkan oleh
pertumbuhan dan pembentukan serat tersebut bergantung pada lingkungan
alam dan musim tempat serat tersebut tumbuh. Aplikasi serat ijuk masih
dilakukan secara tradisional, diantaranya digunakan sebagai bahan tali menali,
pembungkus pangkal-pangkal kayu bangunan yang ditanam dalam tanah untuk
mencegah serangan rayap, penahan getaran pada rumah adat Karo, saringan air
dan lain-lain. Kegunaan tersebut didukung oleh sifat ijuk yang elastis, keras,
tahan air, dan sulit dicerna oleh orgasme perusak.[ evi, 2008]
Oleh karena itu, perlu diperhatikan untuk mempelajari serat ijuk agar dapat
digunakan sebagai pengganti serat sintesis pada pembuatan material komposit.
Komposit serat alam memilki keunggulan lain bila dibandingkan dengan serat
gelas, komposit serat alam sekarang banyak digunakan karena jumlahnya
banyak, lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami,
harganya pun lebih murah dibandingkan serat gelas dan densitas serat alam
berada diantara 1,3 dan 1,5 gr/cm3 sementara serat gelas 2,5 gr/cm3.
Sedangkan serat kaca sukar terdegradasi secara alami. Selain itu serat kaca juga
3
menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika serat gelas
didaur ulang .
Oleh sebab itu penelitian tentang sifat fisis dan mekanisnya serat ijuk ini
dilakukan, karena serat ijuk memiliki persediaan yang melimpah dan sifat
mekanik yang baik dijadikan sebagai pertimbangan utama dalam pemilihan
untuk dasar bahan alternatif pengganti serat gelas sehingga tercipta bahan
dasar (filler) komposit baru yang dapat digunakan dalam industri.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Mengetahui kandungan komposisi kimia dalam serat ijuk
2. Mengetahui sifat-sifat mekanik dari serat ijuk yaitu uji tarik statis.
3. Mengetahui struktur serat dengan analisa hasil Photo Electron (Scannning
Elektron Mikroscope) dan diameter serat ijuk dengan Mikrometer Sekrup.
C. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi peneliti adalah untuk menambah pengetahuan, wawasan, dan
pengalaman tentang penelitian bahan dasar (filler) material komposit.
2. Bagi akademik, penelitian ini dapat digunakan sebagai referensi tambahan
dalam hal bahan dasar (filler) komposit serat alam.
3. Bagi industri dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman dalam bahan
dasar (filler) komposit yang terbuat dari serat alam, khususnya serat ijuk
4
sehingga akan meningkatkan nilai jual serat ijuk serta meningkatkan
pendapatan masyarakat khususnya petani.
D. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini yaitu
1. Serat yang dijadikan sebagai bahan penelitian pada tugas akhir ini adalah
serat ijuk.
2. Penguukuran serat ijuk menggunakan mikrometer sekrup dengan
mengelompokkan diameter serat ijuk yaitu 0.25-0.35 mm, 0.36-0.45 mm
dan 0.46-0.55 mm.
3. Pengujian sifat mekanik serat berupa uji kekuatan tarik statis
4. Pengujian sifat fisis yaitu komposisi kimia dan uji SEM. Uji komposisi
kimia serat ijuk, yaitu selulosa, kadar air, kadar abu, dan lignin. Uji SEM
(Scanning Electrone Microscope) dengan megambil salah satu sampel serat
ijuk secara acak.
5. Serat dengan tanpa perlakuan dan perlakuan alkali NaOH 5% selama 2 jam
kemudian di oven dengan suhu 80 0C selama 15, 30, 60, dan 90 menit .
E. Hipotesa
Serat ijuk adalah serat yang belum digunakan secara optimal. Dengan
melakukan pengujian komposisi kimia serat ijuk, uji tarik statis, dan
mikrometer sekrup sehingga
diketahui modulus elastisitas, regangan,
tegangan, dan pengaruh diameter pada serat ijuk sehingga layak menjadi bahan
(filler) komposit dan dapat digunakan dalam industri.
5
F. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan
tugas akhir ini adalah
I
: PENDAHULUAN
Pada bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan penelitian,
manfaat penelitian, batasan masalah, hipotesa, serta sistematika
penulisan laporan.
II
: KAJIAN PUSTAKA
Berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung
pembahasan tentang studi kasus yang diambil, yaitu sifat-sifat mekanik
serat ijuk dengan perlakuan alkali. Dasar teori ini dijadikan sebagai
penuntun untuk memecahkan masalah yang berbentuk uraian kualitatif
atau model matematis.
III : METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini menjelaskan metode yang digunakan penulis dalam
pelaksanaan penelitian yaitu tentang diagram alur penelitian, penyiapan
spesimen uji, pembuatan spesimen uji, serta pengujian mekanis serat.
IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini berisikan data-data yang diperlukan dan pembahasan
tentang studi kasus yang diteliti yaitu pengujian komposisi kimia serat
ijuk, uji tarik statis, dan diameter serat dengan Mikrometer sekrup ,
struktur mikro dengan Scanning Electron Microscope (SEM) kemudian
dianalisa.
6
V
: SIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari data yang diperoleh
dan pembahasan dari penulis tentang studi kasus yang diambil.
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan literatur-literatur atau referensi-referensi yang diperoleh penulis
untuk menunjang penyusunan laporan penelitian
LAMPIRAN
Berisikan beberapa hal yang mendukung penelitian.
II. KAJIAN PUSTAKA
A. Serat Ijuk
Serat merupakan salah satu material rancang bangun paling tua. Jute, flax, dan
hemp telah digunakan untuk menghasilkan produk seperti tali tambang, jaring,
cordage, water hose dan container sejak dahulu kala. Serat tumbuhan dan
binatang masih banyak digunakan untuk felts, kertas, sikat tau kain tebal.
Serat atau fiber dalam bahan komposit berperan sebagai bahan utama yang
menahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat
tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan atau
diameter serat yang mendekati kistal maka semakin kuat bahan tersebut, karena
minimnya cacat pada material (Triyono & Diharjo K, 2000).
Selain itu serat atau fiber juga merupakan unsur yang terpenting, karena
seratlah yang nantinya akan menentukan sifat mekanik komposit tersebut
seperti kekakuan, keuletan, kekuatan dan sebagainya. Fungsi utama dari serat
adalah : (a) Sebagai pembawa beban yaitu dalam struktur komposit 70%-90%
beban dibawa oleh serat. (b) Memberikan sifat kekakuan, kekuatan, stabilitas
panas dan sifat-sifat lain dalam komposit. (c) Memberikan insulasi kelistrikan
(konduktivitas) pada komposit, tetapi ini tergantung dari serat yang digunakan.
8
Tabel 1. Sifat mekanik dari bebarapa jenis serat (Dieter H. Mueller)
Cotton
Flax
Jute
Kenaf
E-
Ramie Sisal
glass
Diameter
-
11-33
200
200
5-25
40-80
(mm)
50200
Panjang (mm)
10-60
10-40
1-5
2-6
-
60-
1-5
260
Kekuatan
330-585
Tarik (MPa)
Modulus
4,5-12,6
Elastisitas
345-
393-
1035
773
27,6 –
26,5
930
53
1800
69-73
400-
511-
1050
635
61,5
9,4-
45
15,8
(GPa)
Massa
Jenis
1,5-1,54
(gr/cm3)
Regangan
1,0- 8,0
1,43-
1,44-
1,52
1,5
2,7-3,2
1,5-
Maksimum
1,5
1,6
2,5
2,5-3
1,8
1,5-
1,16-
1,6
1,5
3,6-
2-2,5
3,8
(%)
Spesifik
39,2
73,8
52,5
63,2
73,4
71,4
43,2
0,85
3,21
1,8
3,6
2,98
4,18
1,07
Kekuatan
Tarik (km)
Spesifik
Kekakuan
(km)
9
Serat sebagai penguat dalam stuktur komposit harus memenuhi persyaratan
fungsional yaitu (a) modulus elastisitas yang tinggi, (b) Kekuatan patah yang
tinggi, (c) Kekuatan yang seragam di antara serat, (d) Stabil selama proses
produksi, (e) Diameter serat yang seragam.[ Schwartz,1984].
Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang yang
mengetahui kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serta alam lainnya.
Serat berwarna hitam yang dihasilkan dari pohon aren memiliki banyak
keistimewaan diantaranya : (a) Tahan lama hingga ratusan bahkan ribuan tahun
lebih, yaitu ditemukannya fakta benda purbakala yang diperkirakan
peninggalan abad ke 8 yang telah dipublikasikan di Koran kompas edisi Jumat
24 Juli 2009 yang berisi ditemukan pasak-pasak kayu yang lapuk tetapi tali
pengikat yang terbuat dari ijuk berwarna hitam masih relatif kuat. Hal ini
membuktikan serat ijuk mampu bertahan hingga ribuan tahun dan tidak mudah
terurai. (b) Tahan terhadap asam dan garam air laut, dimana serat ijuk
merupakan salah satu serat yang tahan terhadap asam dan garam air laut. Salah
satu bentuk pengolahan dari serat ijuk adalah tali ijuk yang telah digunakan
oleh nenek moyang kita untuk pengikat berbagai peralatan nelayan di laut. (c)
Mencegah penembusan rayap tanah yaitu serat ijuk dari pohon aren sering
digunakan sebagai bahan pembungkus pangkal kayu-kayu bangunan yang
ditanam dalam tanah untuk memperlambat pelapukan kayu dan mencegah
serangan rayap.[ Kartini, 2002]
10
Gambar 1. Serat Ijuk
B. Serat Alam dan Sintesis
Serat alam dan sintesis banyak jenis klasifikasinya. Serat alam yang sering
digunakan adalah serat pisang, kapas, wol, serat nanas, serat rami, dan serat
sabut kelapa , sedangkan serat sintesis diantaranya nilon, akril, dan rayon.
Tabel 2. Klasifikasi serat/ serat Tekstil [Surdia,dkk 1999]
NO
Serat
Jenis
Serat regenerasi
1.
Serat kimia atau serat buatan
Serat sintesis
Serat anorganik
Serat tumbuhan
2.
Serat alam
Serat binatang
Serat galian atau asbes
Serat alam adalah serat yang banyak diperoleh di alam sekitar yang berasal dari
tumbuh-tumbuhan seperti serat pelepah pisang, bambu, rosella, nanas, kelapa,
11
ijuk, dan lain-lain. Saat ini, serat alam mulai mendapatkan perhatian serius dari
para ahli material komposit karena, (a) Serat alam memiliki kekuatan spesifik
yang tinggi karena serat alam memiliki masa jenis yang rendah. (b) Serat alam
mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam yang dapat diolah kembali,
harganya relatif murah, dan tidak beracun. Serat alam seperti ijuk, sabut kelapa,
sisal, jerami, nanas dan lain-lain merupakan hasil alam yang banyak tumbuh di
Indonesia. Skema klasifikasi jenis serat alam.
Bahan Penguat Serat Alam
Serat Alam Non-wood
Serat Jerami
Serat Alam wood
Kulit Pohon
Contoh : Jagung.
Gandum, Batang
Padi
Daun
Serat Rumput
Contoh : Karung,
Serat Daun Nanas
Contoh: Kenaf,
Rami, Ijuk, Jute,
Hemp
Biji
Contoh:
kapas, Sabut
Contoh: bamboo,
Rumput
Gambar 2. Klasifikasi Jenis Serat Alam
Contoh:
Kayu Lunak
dan Keras
12
Macam- macam jenis serat diantaranya
1. Serat asbestos, serat ini dibagi menjadi 2, yaitu :(a). Crhysotile asbestos
(serat asbestos putih) mempunyai rumus kimia 3MgO.2SiO2.H2O dan
merupakan mineral yang tersedia cukup banyak di alam. Serat ini
mempunyai diameter minimum 0,001 m. Ditinjau dari segi kekuatannya
cukup baik, tetapi serat ini jarang tersedia di pasaran umum sehingga
menjadikan kurang banyak digunakan sebagai bahan tambahnya.
Crhysotile
asbestos
mempunyai
rumus
kimia
Na2O,
Fe2O3,3FeO.8SiO2.H2O. Serat ini mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi
sekitar 3500 Mpa dan cukup banyak di Kanada, Afrika Selatan dan Rusia.
(b) Hambatan jarang dipakainya serat ini adalah sulit didapatkan di setiap
Negara sehingga harganya relatif mahal, disamping itu beberapa tahun
belakangan ini banyak pendapat tentang bahaya serat ini terhadap
kesehatan manusia, serat ini dianggap sebagai salah satu penyebab penyakit
kanker (karsirorganik).
2. Serat Kaca
Serat ini mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi, sehingga penambahan
serat kaca pada beton akan meningkatkan kuat lentur beton. Tetapi
permukaan serat kaca yang licin mengakibatkan daya lekat terhadap bahan
ikatnya menjadi lemah dan serat ini kurang tahan terhadap sifat alkali semen
sehingga dalam jangka waktu lama serat akan rusak. Serat ini banyak
digunakan sebagai bahan penguat dalam komposit. Fungsi utama dari serat
ini adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi
13
rendahnya kekuatan komposit sangat bergantung dari serat yang digunakan,
karena tegangan yang dikenakan pada kompsit mulanya diterima oleh
matriks yng diteruskan serat, sehingga serat akan menahan beban sampai
beban maksimum. Oleh karena itu, serat haruslah mempunyai tegangan tarik
dan modulus elastisitas yang tinggi daripada matriks penyusun komposit.
Aplikasi dari serat gelas yang terkenal misalnya otomotif dan bodi kapal,
pipa plastik, kotak penyimpanan, dan industry dasar. Tabel 3. Sifat mekanik
Serat Gelas.
Serat
Massa Jenis
Kekuatan
Modulus
Panjang
(g/cm3)
Tarik (MPa)
Young (GPa)
Putus
E-Glass
2.5
2000-3500
70
2.5
S-Glass
2.5
4570
86
2.8
3. Serat baja (steel fiber)
Serat baja mempunyai banyak kelebihan diantaranya : mempunyai kuat tarik
dan modulus elastisitas yang cukup tinggi, tidak mengalami perubahan
bentuk akibat pengaruh sifat alkali semen. Penambahan serat baja pada
beton akan menaikkan kuat tarik, kuat lentur, dan kuat impak. Sedangkan
kelemahan serat baja adalah apabila serat baja tidak terlindung dalam beton
akan mudah terjadi karat (korosi), adanya kecenderungan serat baja tidak
menyebar secara merata dalam adukan dan serat baja hasil produki pabrik
harganya cukup mahal.
4. Serat karbon
14
Serat karbon mempunyai beberapa kelebihan yaitu tahan terhadap
lingkungan agresif, stail pada suhu yang tinggi, tahan terhadap abrasi, relatif
kaku dan lebih tahan lama. Tetapi penyebaran serat karbon dalam adukan
beton lebih sulit dibandingkan dengan serat jenis lain.
5.Serat polypropylene
Serat polypropylene dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai tali rafia.
Serat polypropylene mempunyai sifat tahan terhadap serangan kimia,
permukannya tidak basah sehingga mencegah terjadinya penggumpalan
serat selama pengadukan. Serat polypropylene mempunyai titik leleh 1650 C
dan mampu digunakan pada suhu lebih dari 1000C untuk jangka waktu yang
pendek.
6. Serat polyethylene
Serat polyethylene dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai tali tambang
plastic. Serat polyethylene ini hampir sama dengan serat polyethylene hanya
bentuknya berupa serat tunggal.
7. Serat Alami
Ada bermacam-macam serat alami antara lain; abaca, sisal, jute, ramie, ijuk,
serat sabut kelapa, pisang, dan lain-lain. Serat ijuk yaitu berwarna hitam dan
liat yang terdapat pada bagian pangkal pelepah daun pohon aren. Pohon aren
menghasilkan ijuk pada 4-5 tahun terakhir. Serat ijuk yang memuaskan
diperoleh dari pohon yang sudah tua, tetapi sebelum tandan (bakal) buah
muncul (sekitar umur 4 tahun), karena saat tandan bakal buah muncul ijuk
menjadi kecil-kecil dan jelek. [Evi,2008]
15
Adapun beberapa perbedaan antara serat alam dan serat sintesis, yaitu
(a).Kehomogenan dimana serat sintesis memiliki sifat yang lebih homogen
dibandingkan dengan serat alam, hal ini dikarenakan serat sintesis dibuat
dengan spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya, sedangkan serat alam
memang sudah tersedia di alam yang mudah diperoleh di alam. (b). Pengaruh
terhadap lingkungan, dimana serat alam lebih bersifat ramah terhadap
lingkungan dibandingkan serat sintesis. Hal ini dikarenakan serat alam berasal
dari alam sehingga mudah terurai. Pada umumnya serat sintesis sering
digunakan masyarakat karena serat sintesis memiliki ukuran kekuatan tertentu
dan lebih homogen sehingga mudah untuk diaplikasikan untuk suatu material.
(c). Kekuatan, yaitu pada umumnya serat sintesis mempunyai kekuatan tarik
yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan serat alam. Hal ini dikarenakan
serat sintesis mempunyai spesifikasi kekuatan tertentu setelah dilakukan
proses produksi, sedangkan serat alam memiliki kekuatan yang hanya
tergantung dari yang tersedia di alam sehingga mampu menyesuaikan untuk
menggunakannya pada keperluan tertentu. (d). Kemampuan untuk diolah atau
diproses dimana Serat sintesis memiliki kemampuan untuk diproses yang lebih
tinggi dibandingkan serat alam, karena serat sintesis telah diproduksi oleh
pabrik atau industri sehingga dirancang agar dapat diproses lagi untuk
keperluan pembuatan material tertentu. (e) Harga, yaitu Serat sintesis memiliki
harga yang lebih mahal dibandingkan serat alam., karena serat alam mudah
diperoleh dan tersedia di alam sedangkan serat sintesis harus melewati proses
produksi yang memerlukan biaya.[ anonym, 2009]
16
C. Perlakuan Serat
Perlakuan serat merupakan perlakuan yang diberikan terhadap serat untuk
meningkatkan ikatan antara fiber dan matriks sehingga dapat meningkatkan
sifat mekanik komposit seperti kekuatan tarik, kekuatan bending, dan modulus
elastik. Adapun perlakuan serat, diantaranya
1. Perlakuan serat sintesis
a. Glass fiber (serat kaca) yaitu dengan tujuan meningkatkan kekuatan
fiber dan matriks melalui ikatan fisik dan kimia untuk melindungi
permukaan serat dari kelembapan dan fluida reaktif. Salah satu contoh
perlakuan serat gelas adalah perlakuan permukaan serat dengan
menggunakan silane dalam larutan, dimana silane dilarutkan ke dalam
air, dan terjadi hidrolisis :
R’ – Si (OR)3 + γ HβO R’- Si (OH)3 + 3HOR
Sebelum dimasukkan ke dalam lautan silane, permukaan serat harus
dibersihkan dan dipanaskan sampai temperature 3400 C selama 15-20
jam.
b.
Carbon fiber, yaitu bertujuan untuk meningkatkan ikatan dengan
matriks serta meningkatkan surface area dengan menciptakan
micropore (lubang-lubang kecil) sehingga jumlah contact point dari
ikatan fiber-matriks lebih banyak. Perlakuan serat karbon terdiri atas 2
tipe, yaitu (a). Oksidatif, menghasilkan kelompok fungsional asam
seperti carboxylic, phenolic dan hydroxylic pada permukaan serat
kabon. Dengan menggunakan oksigen atau yang mengandung gas
dengan melalui fase oksidasi yang dipanaskan sampai temperature
17
2500C, (b). Non Oksidatif dimana serat dilapisi dengan polimer organic
yang memiliki kemampuan bereaksi dengan matriks resin. Contoh
polimer coating adalah stryrene-maleicanhydride copolymer dan
polyamides, dan lain-lain.
c. Kevlar Fiber yaitu serat polimer yang sangat kuat dan dapat
meningktkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan
sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal,
misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya,
material komposit bukanlah pengguaan asli dari Kevlar. Kevlar
dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk
membuat rompi, helm antipeluru. Perlakuan ini bertujuan meningkatkan
ikatan fiber-matriks. Terdapat 2 metode untuk meningkatkan ikatan
Kevlar 49 dengan epoxy : (a). filament surface oxidation atau plasma
etching
dengan
mengurangi
kekuatan
serat
tetapi
cenderung
meningkatkan kekuatan aksial komposit yang tergantung pada kekuatan
interfacial fiber-matriks. (b) Formation of reactive groups seperti
amina (NH2) pada permukaan serat dimana membentuk ikatan kovalen
dengan epoxide group pada bidang permukaan.
2. Perlakuan serat alam, yaitu bertujuan untuk meningkatkan ikatan antara
serat dan matriks dengan cara menghilangkan lapisan pada serat alam yaitu
berupa selulosa, hemilulosa, dan lignin.
18
a. Serat kelapa sawit, dimana diberikan perlakuan alkali yang
direndam dengan NaOH selama 2 jam memiliki kekuatan tarik
paling tinggi dibandingkan perendaman NaOH 0, 4, 6, dan 8 jam.
b. Serat rami, yaitu (a) Perlakuan perendaman serat. Serat rami yang
masih mengandung lignin dan kotoran tersebut dibersihkan dengan
menggunakan air. Serat yang sudah bersih direndam di dalam
larutan alkali 5% NaOH dengan variasi waktu perendaman 0,2,4,
dan 6 jam. Selanjutnya serat dinetralkan dari efek NaOH dengan
perendaman menggunakan air bersih. Setelah pH rendaman netral
pH= 7, serat ditiriskan hingga kering tanpa sinar matahari.
Bahan matrik yang digunakan adalah unsurated polyester (UPRS)
157 BQTN. Hardener yang dipakai adalah MEKPO (metal etil keton
peroksida) dengan kadar 1%. Komposit dibuat dengan metode cetak
tekan untuk fraksi volume serat sekitar 35%. (b). Pengaruh variasi
volume serat. Jumlah masing-masing sampel uji sebanyak 6 buah
dengan fraksi volume serat (10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%). Serat
rami yang digunakan berupa serat kontinyu. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa semakin banyak volume serat maka kekuatan
tarik dan modulus elastic komposit semakin tinggi. Perbandingan
antara komposit yang ditarik secara longitudional memiliki
kekuatan tarik dan modulus elastic yang lebih tinggi dibandingkan
secara transversal.
c. Serat pandan dan batang pisang, dimana serat batang pisang dan
pandan dicelupkan pada larutan polipropilena dengan kosentrasi
19
10%, 20%, dan 30% berat selama 30 menit. Lalu dibiarkan kering
dalam udara terbuka, setelah kering dimasukkan ke dalam hot press
pada temperature 1700C. Hasil pengujian tarik menunjukkan bahwa
kekuatan tarik komposit serat pandan lebih tinggi dibanding
komposit serat batang pisang. [anonym .2011]
D. Metode Pengekstrakan Serat Ijuk
Pada umunya metode pengekstrakan serat ijuk dari pohon aren hanya dilakukan
secara manual yaitu ijuk dihasilkan dari pohon aren yang telah berumur lebih
dari 4-5 tahun sampai dengan tongkol-tongkol bunganya keluar. Pohon yang
masih muda produksi ijuknya kecil. Demikian pula pohon yang mulai berbunga
kualitas dan hasil ijuknya tidak baik.
Tahap awal pengekstrakannya yaitu dengan memotong pangkal pelepahpelepah daun, kemudian ijuk yang bentuknya berupa lempengan anyaman ijuk
itu lepas dengan menggunakan parang dari tempat ijuk itu menempel.
Lempengan- lempengan anyaman ijuk yang baru dilepas dari pohon aren masih
mengandung lidi-lidi ijuk. Lidi-lidi ijuk dapat dipisahkan dari serat-serat ijuk
dengan menggunakan tangan. Untuk membersihkan serat ijuk dari berbagai
kotoran dan ukuran serat ijuk yang besar, digunakan sisir kawat.
Dalam proses produksinya, serat ijuk dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu
(a). Proses secara manual merupakan suatu proses produksi yang dalam seluruh
rangkaiannya hanya menggunakan tenaga manusia dan peralatan yang
20
digunakan adalah peralatan yang seadanya (konvesional). Dalam proses ini
semua dilakukan dengan manual tanpa tersentuh oleh automasi sedikit pun,
semua rangkaian proses mulai dari proses pertama sampai proses finishing
semuanya dilakukan dengan tenaga manusia. (b) Proses secara automatic yaitu
satu rangkaian proses produksi yang di dalam prosesnya sudah menggunakan
peralatan yang canggih (automatic) bahkan ada yang sudah menggunakan
robot dalam rangkaian prosesnya, dan tenaga manusia hanya digunakan saat
proses setting machine saja. (c) Proses secara semiautomatis yaitu proses yang
paling banyak digunakan di dunia industri, cara ini adalah gabungan antara cara
manual dan automatis.[anonym, 2012].
Sedangkan pada pengekstrakan serat nanas dari daunnya (fiber sxtraction)
dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:
(a) Proses secara manual (water
retting and scrapping). Water retting adalah proses yang dilakukan oleh micoorganisme (bacterial action) untuk memisahkan zat-zat perekat (gunny
substance) yang berada di sekitar serat daun nanas, sehingga serat akan mudah
terpisah dan terurai stu dengan lainnya. Proses water retting dilakukan dengan
cara memasukkan daun-daun nanas ke dalam air dengan waktu tertentu.. karena
water retting pada dasarnya adalah proses micro-organisme, maka beberapa
factor sangat berpengaruh terhadap keberhasilan proses ini antara lain kondisi
pH air, temperature, cahaya, perubahan kondisi lingkungan, macro nutrients,
jenis bakteri yang ada dalam air, dan lamanya waktu proses. Daun-daun nanas
yang telah mengalami proses water retting kemudian dilakukan dengan proses
pengikisan atau pengerokan (scraping) dengan menggunakan plat atau pisau
21
yang tidak tajam untuk menghilangkan zat-zat yang masih menempel atau
tersisa pada serat, sehingga serat-serat daun nanas akan lebih terurai satu
dengan lainnya. Serat-serat tersebut dicuci dan dikeringkan. Karena dilakukan
secara manual dengan tangan, proses water retting dan terutama pada proses
scrapping
diperlukan
keahlian
dan
kesabaran
seseorang
dalam
mengerjakannya. Dalam penelitian menunjukkan proses water retting ini akan
menghasilkan warna serat daun nanas yang berwarna kecoklat-coklatan akibat
adanya proses micro-organisme yang tumbuh padas serat tersebut, yang pada
umumnya dikenal dengan istilah rust atau karat. [ Kirby, 1963]. (b) Proses
dengan peralatan mesin decorticator. Mesin decorticator terdiri dari suatu
silinder atau drum yang dapat berputar pada prosesnya. Pada permukaan
silinder terpasang beberapa plat atau jarum-jarum halus (blades) yang akan
menimbulkan proses permukulan (beating action) serat daun nanas pada saat
silinder berputar. [ Doraiswarny dkk, 1993]. Gerakan perputaran silinder dapat
dilakukan dengan secara manual (tenaga manusia) atau menggunakan motor
listrik. Saat silinder berputar, daun-daun nanas sambil dipegang dengan tangan,
disuapkan diantara silinder dan pasangan rol dan plat penyuap. Karena daundaun nanas yang disuapkan mengalami proses pengelupasan, pemukulan, dan
penarikan (crushing, beating, and pulling action) yang dilakukan oleh plat-plat
atau jarum- jarum halus (blades) yang terpasang pada permukaan silinder
selama berputar, maka kulit daun ataupun zat- zat perekat (gunny substance)
yang terdapat di sekitar serat akan terpisah dengan seratnya. Pada setengah
proses decorticasi dari daun nanas yang telah selesai, kemudian dengan pelan,
dan kemudian ditarik kembali. [Mohtar dkk, 2007].
22
E. Pengaruh Kimia Terhadap Karakteristik Serat
Dampak bahan kimia terhadap serat sangatlah besar, diantaranya adalah sifatsifat tarik dari serat rami yang telah dieksplorasi. Perlakuan kimia
menunjukkan peningkatan kekuatan tarik pada serat mono filamen serat rami
yang telah diberikan perlakuan alkali NaOH 15% menunjukkan gaya 0,049 N
dan 0,098 N. Hasil penelitian menunjukkan peningkatan kekuatan tarik serat
rami meningkat 4-18% dari pada serat rami yang tidak mendapat perlakuan
sedangkan modulus elastisitas serat yang diberi perlakuan kimia menurun. Hal
ini disebabkan karena regangan patah meningkat secara drastis dari 0,0450,072 , dimana peningkatan dua atau tiga kali lebih tinggi dari pada serat yang
tidak diberi perlakuan kimia. [Goda, dkk.2005]
Tabel 4. Peningkatan tegangan dan regangan pada serat rami yang mendapat
perlakuan dan tidak mendapat perlakuan kimia. [Goda, dkk.2005].
Gaya terbaca
Diameter
Gaya Patah
Kekuatan tarik
Serat
(N)
(mm)
Regangan
Patah
(N)
(N/mm2)
(%)
Kondisi I (Tanpa Perlakuan NaOH)
0
0,049
0,252
151
0,45
0,049
0,046
0,434
306
0,061
0,098
0,044
0,562
441
0,065
Kondisi II (Dengan Perlakuan NaOH )
0
0,031
550
550
0,068
0,049
0,028
661
661
0,072
0,098
0,026
606
606
0,072
23
F. Komposisi Kimia Serat Ijuk
Ijuk yang dihasilkan pohon aren mempunyai sifat fisik diantaranya : berupa
helaian benang (serat) berwarna hitam, berdiameter kurang dari 0,5 mm,
bersifat kaku dan ulet (tidak mudah putus). Selama ini pemanfaatan ijuk belum
terlalu banyak yaitu diantaranya sebagai bahan pembuat sapu dan tali tambang.
Komposisi bahan penyusun dalam serat pada tanaman diantaranya
a. Selulosa
Selulosa merupakan suatu senyawa karbohidrat yang dapat ditemukan
secara melimpah di alam ini. Selulosa terdapat di dalam dinding sel
tumbuhan. Selulosa tersusun atas unit-unit glukosa yang berasal dari proses
fotosintesis tumbuhan. Kemudian dalam suatu proses yang kompleks,
glukosa mengalami modifikasi secara kimia dengan dipindahkannya satu
molekul air dari setiap unit sehingga terbentuklah anhidrid glukosa.
C6H12O12
+ H2O
C6H10O6
Glukosa
air
anhidid glukosa
Selulosa adalah suatu polimer yang terdiri dari unit-unit anhidrid glukosa
yang saling bersambungan ujung-ujungnya secara bersama-sama. Dengan
eliminasi bersama air membentuk rantai panjang yang dikenal dengan
selulosa (C6H10O5)n dengan n (derajat polimerisasi) sekitar 500-10000.
24
Tabel 5. Kandungan selulosa dalam berbagai bahan tumbuhan.
Bahan Tanaman
Selulosa (%)
Kapas
95-99
Rami
80-90
Bambu
40-50
Kayu
40-50
Lumut
25-30
Ekor Kuda
25-30
Bakteria
20-30
Tinjauan bidang glukosa pada selulosa terlihat dibawah gambar berikut ini
Gambar 3. Rumus Kimia Selulosa
Molekul- molekul selulosa seluruhnya terbentuk linier dan mempunyai
kecenderungan membentuk ikatan-ikatan hydrogen intra dan intermolekul.
Sehingga berkas-berkas selulosa membentuk agregat bersama-sama dalam
bentuk mikrofibril, daerah yang teratur (kristalin) diselingi dengan daerah
yang tidak teratur (amorf).
25
Mikrofibril ini membentuk fibril-fibril dan akhirnya terbentuklah serat-serat
selulosa. Karena strukturnya yang berserat dan ikatan-ikatan hydrogen yang
kuat menyebabkan selulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan
tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Meskipun selulosa merupakan
karbohidrat tetapi selulosa bukanlah sumber makanan bagi manusia atau
hewan.
b. Hemiselulosa
Disamping selulosa dalam jaringan tanaman terdapat sejumlah polisakarida
yang disebut poliosa atau hemilulosa. Hemilulosa semula diduga
merupakan senyawa antara dalam biosintesis selulosa. Namun saat ini telah
diketahui bahwa hemiselulosa termasuk dalam kelompok polisakarida
heterogen yang dibentuk melalui jalan biosintesis yang berbeda dari
selulosa. Hemiselulosa berbeda dari selulosa karena komposisinya terdiri
dari