Pengaru Komposisi Serbuk Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 POTENSI DAN KESINAMBUNGAN BAHAN BAKU DAN PRODUK
2.1.1 Tempurung Kelapa
Tempurung kelapa merupakan salah satu bahan pengisi alamiah yang
banyak terdapat di negara – negara tropis seperti Indonesia, Malaysia, Thailand
dan Srilangka. Tempurung kelapa merupakan salah satu bagian dari produk
pertanian yang memiliki nilai ekonomis tinggi yang dapat dijadikan sebagai basis
usaha. Tempurung kelapa juga merupakan senyawa organik sehingga dapat
diuraikan oleh mikroorganisme (biodegradasi) secara alamiah di alam, dan juga
salah satu sumber bahan pengisi alamiah yang potensial dan mempunyai prospek
ekonomis tinggi. Hal ini berkaitan dengan perkembangan teknologi, faktor
ekonomis dan isu – isu lingkungan. Komposisi kimia yang dimiliki oleh
tempurung kelapa hampir sama dengan komposisi pada batang kayu. Perbedaan
yang mendesak adalah pada tempurung kelapa kandungan lignin yang lebih tinggi
dan mengandung selulosa yang lebih sedikit dibandingkan dengan batang kayu
[7]. Berikut dalam Tabel 2.1 merupakan komposisi kimia tempurung kelapa
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tempurung Kelapa [9]
Komponen
Rumus Kimia
Persentasi (%)
Selulosa
(C 6 H 10 O 5 ) n
26,60
Hemiselulosa
(C 5 H 8 O 4 ) n
12,34
Lignin
[(C 9 H 10 O 3 )(CH 3 O)] n
29,40
2.1.1.1 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang tidak bercabang. Bentuk polimer ini
memungkinkan selulosa saling menumpuk / terikat menjadi bentuk serat yang
sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah unit glucan di
dalam polimer, disebut dengan derajat polimerisasi. Derajat polimerase selulosa
tergantung pada jenis tanaman dan umumnya dalam kisaran 2000 – 27000 unit
5
Universitas Sumatera Utara
glucan. Selulosa dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan asam
atau enzim. Selanjutnya glukosa yang dihasilkan dapat difermentasi menjadi
etanol [7]. Gambar 2.1 menunjukkan struktur molekul selulosa.
Gambar 2.1 Struktur Molekul Selulosa [7]
2.1.1.2 Hemiselulosa
Hemiselolosa adalah polisakarida non selulosa yang memiliki kandungan
yang bervariasi dengan komposisi dan struktur molekul yang berbeda.
Hemiselulosa tergolong ke dalam heteropolimer karena disusun oleh monomer
gula yang beragam yang dibedakan berdasarkan penyusun gula utamanya. Jenis
gula dominan hemiselulosa dalam dinding sel kayu adalah xilan dan glukomanan.
Jenis gula lain memiliki kandungan yang rendah atau kandungannya khas seperti
arabinoglaktan pada kayu larch [10].
2.1.1.3 Lignin
Lignin adalah molekul komplek yang tersusun dari unit phenylphropane
yang terikat di dalam struktur tiga dimensi. Lignin adalah material yang paling
kuat di dalam biomassa. Lignin sangat resisten terhadap degradasi, baik secara
biologi, enzimatis, maupun kimia. Karena kandungan karbon yang relative tinggi
dibandingkan dengan selulosa dan hemiselulosa, lignin memiliki kandungan
energi yang tinggi [7]. Gambar 2.2 menunjukkan struktur molekul lignin.
6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Struktur Molekul Lignin [7]
2.1.2 Resin Poliester Tak Jenuh
Poliester berasal dari reaksi kimia asam dibasa bereaksi secara kondensasi
dengan alkohol dihidrat. Karena asam tak jenuh digunakan dengan berbagai cara
sebagai bagian dari asam dibasa, yang menyebabkan terdapat nya ikatan tak jenuh
dalam rantai utama dari polimer yang dihasilkan, maka disebut polyester tak
januh. Kemudian, monomer vinil dicampur, yang bereaksi dengan gugus tak
jenuh pada pencetakan untuk mengeset. Sifat dari polyester sendiri adalah kaku
dan rapuh. Mengenai sifat termalnya, karena banyak mengandung monomer
stiren, maka suhu deformasi termal lebih rendah dari pada resin termoset lainnya
dan ketahanan panas jangka panjangnya kira-kira 110-140°C. Ketahanan dingin
adalah baik secara relatif. Sifat listriknya lebih baik diantara resin termoset, tetapi
diperlukan penghilangan lembaban yang cukup pada saat pencampuran dengan
gelas [11].
Poliester resin tak jenuh merupakan material polimer kondensat yang
dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok polyol, yang merupakan organik
gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic
yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah
glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan
adalah asam phthalic dan asam maleic.
Poliester resin tak jenuh adalah jenis polimer termoset yang memiliki
struktur rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk
crosslink dengan keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis
pembebanan statik dan impak. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki material
7
Universitas Sumatera Utara
ini ialah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling
berhubungan satu dengan lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya
menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan
[12].
Poliester tak jenuh merupakan resin sintetik yang tersusun dari rantai
lurus, yang dihasilkan dari reaksi glikol dengan asam difungsional seperti asam
maleat, asam adipat, dan lain – lain. Penggunaan umum dari poliester tak jenuh ini
adalah untuk impregnasi fiberglass yang selanjutnya dicetak menjadi bentuk yang
diinginkan dengan proses ikatan silang menjadi produk plastik yang bersifat lebih
ringan dari pada aluminium, atau dapat lebih kuat dari baja [2]. Gambar 2.3
menunjukkan sintesa poliester tak jenuh dari etilen glikol dan asam maleat.
Gambar 2.3 Sintesa poliester tak jenuh dari etilen glikol dan asam maleat
Pada polimerisasi, poliester akan mengalami beberapa fase yang berbeda
sebelum mengalami perubahan menjadi keras, tebal dan padat. Resin dengan
kekentalan cairan yang rendah atau sedang akan dapat larut dalam monomer.
Untuk mencegah perubahan resin dari bentuk cair kebentuk agar-agar yang terlalu
cepat, maka perlu dicampurkan suatu inhibitor yaitu bahan yang digunakan untuk
memperlambat aktivitas kimia serta dapat memperpanjang waktu penyimpanan
resin atau mengurangi kecepatan pembebasan panas yang timbul selama
polimerisasi. Sedangkan bahan yang bertindak sebaliknya disebut katalisator [2].
Untuk mendapatkan hasil yang lebih kompetitif, variabel matriks poliester
dan pengisinya harus divariasikan dengan rentang homogenitas yang paling baik
dan yang paling buruk.
8
Universitas Sumatera Utara
2.1.3 Katalis
Katalis ini digunakan untuk membantu proses pengeringan resin dan serat
dalam komposit. Waktu yang dibutuhkan resin untuk berubah menjadi plastik
tergantung pada jumlah katalis yang dicampurkan. Dalam penelitian ini
menggunakan katalis Methyl Ethyl Keton Peroxide (MEKP) yang berbentuk cair
dan berwarna bening. Semakin banyak katalis yang ditambahkan maka makin
cepat pula proses curingnya, tetapi apabila pemberian katalis berlebihan maka
akan menghasilkan material yang getas ataupun resin bisa terbakar. Bila terjadi
reaksi akan timbul panas antara 600-900C. Panas ini cukup untuk mereaksikan
resin sehingga diperoleh kekuatan dan bentuk plastik yang maksimal sesuai
dengan bentuk cetakan yang diinginkan [13].
Pemberian katalis untuk matriks poliester hanya untuk proses curing dan
dibutuhkan dalam jumlah yang sangat sedikit karena poliester memiliki sifat
mengeras pada suhu kamar. Sebab pemberian katalis pada matriks akan
menghasilkan panas yang berfungsi pada saat pematangan. Gambar 2.4
menunjukkan reaksi curing poliester tak jenuh.
Poliester tidak jenuh
Stirena
Curing
Metil Etil Keton Peroksida
Dimana :
2-amino-benzena
1,3- bis (metoksi benzena)
Gambar 2.4 Reaksi Curing Poliester Tak Jenuh [14]
9
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 Komposit
Komposit merupakan perpaduan dari dua atau lebih material yang
memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki properties
yang lebih baik dari keduanya. Komposit berguna meningkatkan sifat mekanik
dari setiap material yang dipadukan [15]. Adapun kelebihan-kelebihan komposit
adalah sebagai berikut [16] :
1.
Kekuatannya dapat diatur (tailorability).
2.
Tahanan lelah yang baik (fatigue resistance).
3.
Tahan korosi.
4.
Memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi.
Komposit polimer mengandung tiga komponen penting yaitu fasa matriks,
fasa tersebar (serat/partikel), dan antar muka. Serat merupakan material yang
(umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan
tarik. Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan
dan kerusakan akibat benturan [16].
2.1.4.1 Fasa Matriks
Fasa matriks adalah fasa kontinu yang terdapat dalam suatu komposit di
mana fasa penguat tersebar di dalamnya. Fasa matriks berfungsi sebagai pelekat
untuk pengisi terbenam di dalamnya. Fasa matriks biasanya menggunakan bahan
termoplastik seperti polipropilena, polistirena dan sebagainya serta dapat juga dari
bahan polimer lain seperti termoset karet atau bahan elastomer (TPE) [7].
Pemilihan suatu bahan sebagai fasa matriks bergantung pada faktor-faktor
berikut [7].
•
Keserasian dengan fasa penguat atau fasa tersebar karena ia akan menentukan
•
interaksi antar muka fasa matriks – fasa penguat (pengisi).
•
Keperluan penggunaan seperti rentang suhu penggunaan
•
Kemudahan fabrikasi atau pemrosesan
•
Sifat akhir komposit yang dihasilkan
•
Bentuk komponen yang dihasilkan
Biaya pengolahan.
10
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan bahan polimer sebagai fasa matriks karena beberapa alasan
yaitu sebagai berikut [7].
•
•
•
Polimer lebih mudah diproses dan mempunyai massa jenis yang relatif
rendah.
Polimer mempunyai sifat mekanik dan dielektrik yang baik.
Polimer mempunyai suhu pemrosesan yang relatif rendah dibandingkan
bahan logam.
Secara umum fungsi fasa matriks dalam komposit adalah sebagai berikut [7].
•
Mampu memindahkan gaya yang dikenakan kepada fasa tersebar (pengisi)
dan juga mendistribusikan beban yang dikenakan sesama fasa tersebar yang
•
•
berdekatan.
Menjaga fasa tersebar dari kerusakan seperti panas dan lembab.
Sebagai pengikat fasa tersebar dalam menghasilkan antar muka fasa matriks
dan fasa tersebar kuat.
2.1.4.2 Fasa Tersebar
Fasa tersebar merupakan bahan dalam bentuk partikel, serat, atau kepingan
yang ditambahkan untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik bahan komposit
seperti kekuatan, kekakuan, dan keliatan. Beberapa bahan pengisi/penguat yang
sering digunakan adalah serat kaca, serat karbon, serat Kevlar, serat kayu, dan
serat tandan kelapa sawit [17].
2.1.4.3 Antar muka (Matriks Tersebar)
Lazimnya untuk semua bahan komposit akan terdapat dua fasa berlainan
yang dipisahkan oleh suatu kawasan yang dinamakan antar muka. Daya sentuhan
dan daya kohesif pada bagian antar muka amat penting karena antar muka pengisi
matriks ialah bagian yang memindahkan beban dari fasa matriks kepada fasa
penguat atau fasa tersebar [17].
Secara umum resin adalah bahan yang akan diperkuat dengan serat. Resin
bersifat cair dengan viskositas yang rendah, yang akan mengeras setelah
terjadinya proses polymerisasi. Resin berfungsi sebagi pengikat (bounding) antara
serat yang satu dengan yang lainnya sehingga menghasilkan ikatan yang kuat
11
Universitas Sumatera Utara
terbentuk material komposit yang padu, yaitu material yang memiliki kekuatan
pengikat (bound strength) yang tinggi [18].
Adapun resin yang umum dipakai adalah termoseting. Termoseting
merupakan material tidak bisa menjadi lunak kembali bila dilakukan pemanasan
ulang walaupun diatas temperatur pembentuknya. Bila panas terus diberikan
material akan terurai menjadi karbon (hangus), dengan kata lain material tidak
dapat kembali ke bentuk semula.
Adapun jenis – jenis dari termoseting yaitu sebagai berikut [19] :
a).Phenolik
Mempunyai sifat sangat keras, rigit dengan modulus elastisitas yang baik
dibanding dengan resin lainnya karena sifatnya yang keras, kuat, mudah dibentuk,
mudah diberi warna dan tidak transparan.
b).Epoxy
mempunyai sifat ulet,elastis, tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan kimia
dan mempunyai dimensi yang lebih stabil. Dilihat dari struktur kimianya epoxy
sebenarnya adalah poliester, berbeda dengan polimer lain karena molekulnya
lebih pendek. Bila diberi bahan penguat komposit epoxy mempunyai kekuatan
yang lebih baik dibanding resin yang lain
c).Poliester
Dalam kebanyaan hal resin poliester tak jenuh ini disebut poliester saja.Karena
berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhukamar
dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti
banyak resin termoseting yang lainnya, maka tak perlu diberi tekanan untuk
pencetakan.
2.1.5 Termoset
Termoseting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas.
Jika polimer ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat
dibentuk ulang kembali. Susunan polimer ini bersifat permanen pada bentuk cetak
pertama kali (pada saat pembuatan). Bila polimer ini rusak/pecah, maka tidak
dapat disambung atau diperbaiki lagi [20].
12
Universitas Sumatera Utara
Polimer termoseting memiliki ikatan – ikatan silang yang mudah dibentuk
pada waktu dipanaskan. Hal ini membuat polimer menjadi kaku dan keras.
Semakin banyak ikatan silang pada polimer ini, maka semakin kaku dan mudah
patah. Bila polimer ini dipanaskan untuk kedua kalinya, maka akan menyebabkan
rusak atau lepasnya ikatan silang antar rantai polimer [20]. Gambar 2.5
menunjukkan bentuk struktur ikatan silang sebagai berikut.
Gambar 2.5 Bentuk Struktur Ikatan Silang
Sebelumnya telah dilakukan penelitian menggunakan termoset sebagai
matriks antara lain [21] melakukan studi eksperimental tentang sifat fisik dan
mekanik komposit semen particleboard dari campuran serbuk gergaji kayu pinus
(Pinus caribaea M.)-sabut kelapa (Cocos nucifera L.) dengan aditif CaCl2. Dari
hasil yang diperoleh didapat bahwa penyerapan air terendah terjadi pada papan
yang terbuat dari 100% serbuk gergaji pinus tanpa sabut dalam rasio pencampuran
semen : lignocellulosic pada 2:1, secara umum semakin banyak sabut kelapa yang
ditambahkan dalam komposit maka penyerapan air oleh komposit semakin
meningkat. Hasil juga menunjukkan bahwa thickness swelling meningkat seiring
peningkatan jumlah komponen sabut pada rasio campuran material lignocellulosic
dan lebih tinggi dengan mengurangi komponen semen. Nilai Modulus of Rupture
(MOR) dan Modulus of Elasticity (MOE) menurun seiring penurunan komponen
semen dalam rasio campuran. Hasil juga menunjukkan bahwa papan dengan
kandungan semen yang lebih tinggi memiliki nilai densitas atau kerapatan yang
lebih tinggi. Sifat kekuatan juga dipengaruhi oleh kerapatan papan, papan dengan
kepadatan lebih tinggi memiliki sifat-sifat kekuatan yang lebih tinggi (MOR dan
MOE). Sifat polimer termoseting sebagai berikut [20].
13
Universitas Sumatera Utara
Keras dan kaku (tidak fleksibel)
Jika dipanaskan akan mengeras.
Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang).
Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.
Jika dipanaskan tidak akan meleleh.
Tahan terhadap asam basa.
Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul
2.2 KARAKTERISTIK / SIFAT – SIFAT BAHAN BAKU DAN PRODUK
2.2.1 Sifat dari Tempurung Kelapa
Adapun sifat - sifat dari tempurung kelapa adalah sebagai berikut ini :
Kekerasan dan kerapatannya tinggi
Serapan airnya rendah
Tahan terhadap pengikisan
2.2.2 Sifat dari Resin Poliester Tak Jenuh
Adapun sifat-sifat poliester secara umum adalah [2] :
a) Tembus pandang, bersih dan jernih.
b) Tahan terhadap suhu tinggi.
c) Permeabilitasnya terhadap uap air dan gas rendah.
d) Tahan terhadap pelarut organik seperti asam-asam organik dari buah-buahan,
sehingga dapat digunakan untuk mengemas minuman sari buah.
e) Tidak tahan terhadap asam kuat, fenol dan benzil alkohol
f)
Kuat dan tidak mudah sobek
2.2.3 Sifat dari Katalis
Adapun sifat-sifat Methyl Ethyl Keton Peroksida) secara umum adalah [13] :
Cair dan berwarna bening
Reaksi curing menghasilkan panas
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Sifat dari Komposit
Sifat yang dapat diperoleh dari komposit adalah sebagai berikut [18].
1.
Peningkatan maksimum dalam sifat fisik.
2.
Penyerapan kelembapan yang rendah.
3.
Ketahanan terhadap panas yang baik.
4.
Ketahanan terhadap bahan kimia yang baik.
5.
Sifat keterlarutan dalam air dan pelarut yang rendah.
6.
Dapat dibuat dalam berbagai bentuk.
2.3 PENELITIAN TERDAHULU YANG MENGGUNAKAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA DENGAN PROSES LAIN
2.3.1 Pembuatan Bahan Gesek Kampas Rem Menggunakan Serbuk
Tempurung Kelapa sebagai Pemodifikasi Gesek.
Gambar 2.6 dibawah ini menunjukkan bahan gesek kampas rem mobil.
Gambar 2.6 Bahan gesek kampas rem mobil
Di Indonesia, banyak sekali limbah logam dan limbah organik yang dapat
dijadikan bahan baku bahan gesek, misalnya tempurung kelapa. Tempurung
kelapa dapat dijadikan sebagai pengganti grafit pada pembuatan bahan gesek.
Banyak negara-negara maju telah menghentikan produksi bahan gesek asbes,
karena bahan asbes dapat menyebabkan penyakit kanker.
Sutikno, dkk kemudian melakukan penelitian dengan membuat kampas rem
menggunakan serbuk tempurung kelapa. Adapun tujuan penelitian adalah untuk
menentukan komposisi (formulasi) pencampuran bahan gesek yang optimum,
15
Universitas Sumatera Utara
untuk mempelajari sifat mekanik bahan gesek dan untuk menerapkan hasil
fabrikasi bahan gesek untuk mendapatkan umpan balik yang akan digunakan
untuk meningkatkan kualitas bahan gesek yang dihasilkan. Bahan gesek yang
sekarang ada di pasaran dapat dikelompokkan menjadi bahan gesek asbes, bahan
gesek non asbes dan bahan gesek semi logam. Bahan gesek asbes telah terbukti
menyebabkan penyakit kanker pada para pekerja di Industri dan konsumennya
dan debu yang diturunkan dari serat para-aramid dapat menyebabkan kerusakan
paru-paru. Sedangkan bahan gesek semi logam apabila dipakai sebagai lapisan
gesek rem sepeda motor dapat menyebabkan kerusakan pada tromol. Oleh karena
itu, bahan gesek dari bahan organik perlu dikembangkan. Di sisi lain, industri
pengolahan kelapa menghasilkan berton-ton limbah tempurung kelapa. Dimana
pada saat ini pemanfaatan tempurung kelapa masih terbatas sebagai bahan bakar
dan arang aktif
dan bahan baku pembuatan obat nyamuk. Potensi lain
pemanfaatan tempurung kelapa adalah sebagai alternatif serat penguat bahan
gesek karena tempurung kelapa tersebut memiliki karakteristik fisik dan mekanik
yang baik yaitu kekerasan dan kerapatannya tinggi, serta serapan airnya rendah.
Bahan komposit semakin berkembang dewasa ini, bersaing dengan
komposit matriks logam dan keramik. Berbagai pemprosesan komposit terus
dipicu, diarahkan ke sasaran produk yang bersifat seperti yang dikehendaki.
Komposit komersial selama ini umumnya menggunakan bahan termoset. Suplai
bahan baku yang terbatas mengakibatkan bahan ini relatif mahal dibandingkan
polimer termoplastik yang tersedia. Polimer
termoplastik seperti polietilena
densitas rendah (LDPE) merupakan bahan komposit polimer komersial yang
relatif murah dibandingkan polimer termoset yang tersedia. Serbuk tempurung
kelapa digunakan untuk mensubstitusi bahan grafit atau serbuk batu bara.
Pemilihan serbuk tempurung kelapa berdasarkan pertimbangan bahwa karbon
serbuk tempurung kelapa, grafit dan serbuk batu bara memiliki karakteristik yang
hampir sama. Ketiga-tiganya memiliki kandungan karbon. Tempurung kelapa
dapat digunakan sebagai pemodifikasi gesek pada kadar optimum 14.82% volume
[22].
16
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Pengaruh fraksi volume dan ukuran partikel komposit poliester resin
berpenguat partikel genting terhadap kekuatan tarik dan kekuatan
bending.
Komposit banyak dikembangkan karena memiliki sifat yang diinginkan
karena tidak didapat dari material lain apabila berdiri sendiri. Genting memiliki
sifat dan karakteristik yang baik, Sifat khas yang di miliki genting yaitu kapasitas
panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah, tahan korosi, sifat
listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor,
sifatnya dapat magnetik dan nonmagnetik , keras, dan kuat. Sedangkan kelemahan
genting adalah rapuh. Siswanto dan Kuncoro Diharjo kemudian melakukan
penelitian bagaimana pengaruh fraksi volume dan ukuran partikel komposit
poliester berpenguat partikel genting. Dalam penelitian ini, masalah yang akan
diteliti dibatasi pada pengaruh fraksi volume partikel genting 30%, 40% dan 50%
dan ukuran butiran partikel mesh 40-60, 60-80 dan 100-120 terhadap kekuatan
tarik dan kekuatan lentur. Dari hasil pengujian didapat bahwa sifat mekanik
meningkat seiring dengan peningkatan fraksi volume abu terbang. sedangkan sifat
fisik densitas menurun seiring peningkatan fraksi volume abu terbang. Dari data
hasil pengujian bending dan pengujian tarik menunjukkan bahwa komposit
dengan fraksi volume partikel 30% memiliki kekuatan bending dan tarik lebih
tinggi dibanding dengan komposit fraksi volume partikel 40% dan 50%.
Komposit dengan fraksi volume partikel 30 % menghasilkan ikatan matrik
terhadap partikel lebih kuat, matrik memiliki keleluasaan untuk mengisi daerah
antara butir. Sedangkan semakin tinggi fraksi volume partikel akan menyebabkan
keleluasaan kemampuan matrik untuk mengisi daerah antar butir semakin kecil
yang menyebabkan menurunya daya ikatan yang dihasilkan. Ukuran partikel juga
berpengaruh terhadap kekuatan komposit. Komposit dengan partikel mesh 80-100
memiliki tegangan bending dan tarik yang lebih tinggi di banding dengan ukuran
mesh 40-60 maupun 60-80. Hal ini disebabkan bahwa ukuran partikel butir
semakin kecil akan semakin besar luasan area partikel yang akan di ikat oleh
matrik, sehingga berpengaruh pada meningkatnya kekuatan bending [23].
17
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Perbandingan Kelebihan dan Kelemahan Penelitian ini dengan
Penelitian Yang Lain
Tabel 2.2 menunjukkan kelebihan komposit antara penelitian ini
dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Sutikno, dkk dan Siswanto.
Tabel 2.2 Perbandingan kelebihan komposit adalah sebagai berikut :
No
Kelebihan Penelitian ini
Kelebihan Penelitian Sutikno, dkk
dan Siswanto, dkk.
1.
Biaya operasional lebih murah
Biaya bahan baku lebih murah
2.
Kekuatan bentur meningkat
Kekuatan tariknya meningkat
3.
Bahan baku mudah diperoleh
Bahan baku mudah diperoleh
4.
Serapan airnya rendah
Kekuatan bending meningkat
5.
Mekanisme pengerjaan lebih Kekuatan gesek tinggi
mudah
Tabel 2.3 menunjukkan perbandingan kelemahan komposit yang dibuat
dalam penelitian ini dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Sutikno,
dkk dan Siswanto, dkk.
Tabel 2.3 Perbandingan kelemahan komposit adalah sebagai berikut :
No
Kelemahan Penelitian ini
Kelemahan Penelitian Sutikno, dkk
dan Siswanto, dkk.
1.
Biaya bahan baku lebih mahal
Biaya operasional lebih mahal
2.
Kekuatan tarik menurun
Mekanisme pengerjaan lebih rumit
2.4 STUDI PUSTAKA TERHADAP MEKANISME PROSES
Metoda penyediaan komposit yang umum dilakukan, yaitu [24]:
1.
Metoda Vacuum Bagging yang menggunakan kombinasi ruang vakum dan
sebuah film penyerap resin.
2.
Metoda Vacuum Resin Transfer Moulding (RTM) menggunakan pemanasan
dan proses pemvakuman.
3.
Metoda Filament Winding menggunakan sebuah mesin pemintal untuk
membentuk jaringan filament.
18
Universitas Sumatera Utara
4.
Metoda Pultrusi menggunakan peralatan untuk membentuk komposit menjadi
bentuk-bentuk struktural. Metoda ini banyak digunakan untuk produksi dalam
skala besar.
5.
Metoda Hand Lay-Up
Pada penelitian ini metoda yang digunakan adalah metoda hand lay-up.
Metoda ini merupakan metoda yang digunakan untuk mencetak bahan polimer
termoset yang mengalami pengeringan (curing) pada suhu ruangan. Reaksi kimia
pada resin polimer diawali dengan adanya penambahan katalis yang
mengakibatkan resin mengeras. Dalam pencetakan, sebuah cetakan terbuka (open
mold) digunakan. Untuk mendapatkan permukaan yang baik, maka terlebih
dahulu disemprotkan sebuah pigmen gel coat pada permukaan cetakan. Resin dan
pengisi kemudian ditempatkan di cetakan. Udara yang masih ada dihilangkan
dengan menggunakan kuas, roller, ataupun brush dabbing. Lapisan pengisi dan
resin ditambahkan dengan tujuan untuk penebalan kemudian ke dalamnya
ditambahkan katalis atau akselerator yang akan mengeringkan resin tanpa perlu
adanya penambahan panas. Oleh karena itu, proses curing pada metoda hand layup dikatakan berlangsung pada suhu ruangan. Metoda hand lay up sangat cocok
digunakan untuk keperluan produksi yang rendah karena menggunakan peralatan
dan biaya yang tidak begitu besar [7].
Dry Reinforcement
Fabric
Optional Gel
Coat
Consolidation
Roller
Resin
Mould Tool
Gambar 2.7 Metoda Hand Lay-Up [24]
19
Universitas Sumatera Utara
Jenis pengujian yang dilakukan adalah :
1.
Uji kekuatan tarik (tensile strenght)
2.
Uji kekuatan bentur (impact strength)
3.
Pengukuran Fraksi volume komposit
4.
Analisis spektroskopi inframerah (FTIR)
5.
Pengujian daya serap terhadap air.
2.4.1 Uji Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat bahan polimer yang terpenting
dan sering digunakan untuk uji sifat suatu bahan polimer. Penarikan suatu bahan
biasanya menyebabkan terjadi perubahan bentuk dimana penipisan pada tebal dan
pemanjangan. Kekuatan tarik (tensile strength) suatu bahan ditetapkan dengan
membagi gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula, dimensinya sama
dengan tegangan [7]. Persamaan untuk tegangan tarik adalah :
Tegangan tarik =
τ=
Dimana :
Tegangan ( gaya)
Luas Permukaan
Fmaks
Ao
τ
(2.1)
= tegangan ( kgf/mm2)
Fmaks = beban ( kgf)
Ao
= luas penampang mula- mula
Tegangan tarik (kekuatan tarik) tergantung pada gaya yang diberikan,
waktu, suhu, struktur dan morfologi bahan polimer (non Kristal, semi kristal atau
kristal). Jika pada suatu bahan dikenakan beban tarik, maka bahan tersebut akan
mengalami perubahan panjang yang disebut dengan perpanjangan (elongation).
Persamaan untuk perpanjangan :
Perpanjangan =
ε=
Perubahan panjang
Panjang Awal
l − lo
(100%)
lo
(2.2)
20
Universitas Sumatera Utara
Sementara sifat elastisitas suatu bahan polimer (modulus young)
merupakan perbandingan antara tegangan tarik dengan perpanjangan, atau :
E=
τ
ε
(2.3)
Pada peregangan suatu bahan polimer, perpanjangan tidak selalu
berbanding lurus dengan beban yang diberikan, dan pada penurunan kembali
beban, sebagian regangannya hilang, karena bahan polimer bukan merupakan
bahan sepenuhnya elastis tetapi ada sifat viskositasnya [7].
2.4.2 Uji Sifat Kekuatan Bentur (impact strength)
Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui karakteristik patah dari
bahan. Pengujian ini biasanya mengikuti dua metoda yaitu metoda Charpy dan
Izod yang dapat digunakan untuk mengukur kekuatan impak, yang kadang juga
disebut seabgai ketangguhan ketok (notch toughness). Untuk metoda Charpy dan
Izod, spesimen berupa dalam bentuk persegi dimana terdapat bentuk V-notch
(Gambar 2.8).
Gambar 2.8 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod [25]
Peralatan
untuk
melakukan
kekuatan
impak
spesimen
V-notch
ditunjukkan pada Gambar 2.9. Beban didapat dari tumbukan pendulum yang
dilepas dari ketinggian h. Spesimen diletakkan di dasar seperti pada Gambar 2.8.
21
Universitas Sumatera Utara
Ketika dilepas ujung pisau pada pendulum akan menghantam dan mematahkan
spesimen pada titik ketoknya (notch) yang bekerja sebagai titik tegangan untuk
benturan kecepatan tinggi. Pendulum terus berayun, naik sampai ketinggian
maksimum h' yang lebih rendah dari h. Energi yang diserap, yang diukur dari
perbedaan ketinggian h dan h' merupakan pengukuran kekuatan impak. Perbedaan
antara metoda Charpy dan Izod yaitu bergantung pada
peletakan support
spesimen seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8 [25].
Scale
Starting Position
Pointer
Hammer
End of Swing
Specimen
Anvil
Gambar 2.9 Skema Pengujian Impak [29]
�������� =
������ ���� ������ ℎ��� ����� ���� ℎ
����� �� ℎ��
�
� �
�
(2.4)
2.4.3 Pengukuran Fraksi Volume Komposit
Densitas/kepadatan merupakan suatu indikator penting suatu komposit,
karena sangat mempengaruhi sifat dari material komposit. Densitas dapat diukur
dengan persamaan [3] :
ρ=
m
V
(2.5)
22
Universitas Sumatera Utara
Bila densitas resin (ρ R ), densitas komposit (ρ C ), data massa komposit
(M C ),dan data massa resin (M R ) telah diketahui maka untuk mencari fraksi
volume resin (V R ) diberikan dalam persamaan berikut[26]:
VF =
Dimana :
ρC
.Mf
ρf
(2.6)
V F = Fraksi volume serat ( ml )
ρ C = Densitas komposit ( gr/ml)
ρ F = Densitas serat ( gr/ml)
M F = Massa Serat (gram)
Maka untuk menghitung fraksi massa serat(V F ) dan densitas serat (ρ C )
dihitung berdasarkan persamaan berikut[3]:
VR = 1 − VF
ρF =
MF ρC
M C VF
(2.7)
2.4.4 Analisi spektroskopi inframerah (FTIR)
Penggunaan spektrofotometer FTIR untuk analisis banyak digunakan
untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spectrum FTIR suatu
senyawa bersifat khas, artinya suatu senyawa yang berbeda akan mempunyai
spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul
menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya di daerah spektrum IR yaitu, 4000400 cm-1 .
Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi
sebagai pemlastis dan oksidasi, memberikan kekhasan pada spektrum infra
merahnya. Analisis infra merah memberikan informasi tentang kandungan aditif,
panjang rantai dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis IR dapat
digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan
23
Universitas Sumatera Utara
munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer.
Gugus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus
hidroksida dan karboksilat [27].
2.4.5
Pengujian daya serap terhadap air
Daya serap air papan partikel dilakukan dengan mengukur selisih berat
sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 24 jam. Daya serap air
tersebut dihitung dengan rumus[28] :
DSA =
Dimana :
�1 −�2
�1
� 100%
(2.8)
DSA
: daya serap air (%)
B1
: berat contoh uji sebelum perendaman
B2
: berat contoh uji setelah perendaman
Gambar 2.10 menunjukkan mekanisme penyerapan. Menurut mekanisme
ini, suatu ikatan akan terbentuk apabila molekul-molekul polimer meresap dari
suatu permukaan ke dalam struktur molekul permukaan yang satu lagi. Kekuatan
ikatannya bergantung kepada jumlah kekusutan molekul dan jumlah molekul yang
terlibat. Jumlah penyerapan tergantung pada konformasi molekul, bagian yang
terlibat dan kemudahan pergerakan molekul. Selain itu, penyerapan juga dapat
ditingkatkan dengan menambahkan pelarut dan plastisizer [28].
Penyerapan air pada komposit memiliki peranan penting karena semakin
tinggi daya serap komposit terhadap air dapat dipastikan terdapat banyak rongga
atau ruang kosong sehinggadapat menurunkan sifat mekanik komposit tersebut.
Selain itu, komposit akan mudah mengalami pembusukan.
Gambar 2.10 Mekanisme Penyerapan Air [ 17 ]
24
Universitas Sumatera Utara
2.5 ANALISIS BIAYA
Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisa biaya terhadap pembuatan
komposit poliester tidak jenuh (UPR) berpengisi serbuk tempurung kelapa (STK).
Rincian biaya diberikan dalam Tabel 2.4 berikut.
Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi STK
Bahan dan Peralatan
Poliester Tidak Jenuh
Yukalac 157® BTQN-EX
Katalis Metil Etil Keton
Peroksida (MEKP)
Lilin Cetakan (Malam)
Serbuk Tempurung Kelapa
(STK)
Analisa Fourier Transform
Infra-Red (FTIR)
Jumlah
3 kg
Harga (Rp)
Rp 31.000,-/kg
Biaya Total (Rp)
93.000,-
1 botol
Rp 7.000,-/botol
7.000,-
4 buah
3 kg
Rp 5.000,-/buah
Rp 5000,-/kg
20.000,15.000,-
3 sampel
Rp 75.000,-/sampel
225.000,360.000,-
TOTAL
Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang
diperlukan untuk membuat komposit UPR-STK yaitu sebesar Rp 360.000,-.
Misalnya produk yang ingin dibuat adalah pembuatan bingkai foto. Bahan
baku utama pembuatan bingkai yaitu :
1.
Serbuk tempurung kelapa
2.
Poliester tak jenuh
3.
Metal etil keton peroksida
4.
Lilin
5.
Kuas
6.
Kaca
7.
Cetakan bingkai foto
8.
Dan lain – lain
Prosedur pembuatan bingkai foto sama seperti prosedur penelitian ini.
Dimana bisa menghitung biaya pembuatan bingkai foto. Ukuran bingkai foto yang
ingin kita buat adalah ukuran 30 cm x 25 cm x 1,5 cm.
25
Universitas Sumatera Utara
27 cm
1,5 cm
30 cm
22 cm
25 cm
Diketahui :
Panjang
= 30 cm
Lebar
= 25 cm
Tebal
= 1,5 cm
Lebar dalam = 22 cm
Panjang dalam = 27 cm
Pada ukuran bingkai foto 30 cm x 25 cm x 1,5 cm membutuhkan serbuk
tempurung kelapa dan poliester tak jenuh sebanyak :
Ukuran bingkai foto 30 cm x 25 cm x 1,5 cm
Ukuran serbuk tempurung kelapa 70 mesh dan perbandingan komposisi
matriks dengan pengisi yaitu poliester : STK ( 80 : 20 )
Dimana Asumsinya adalah :
Volume bingkai foto = 30 cm x 25 cm x 1,5 cm
= 1125 cm3
Volume bingkai foto bagian dalam
= 27 cm x 22 cm x 1,5 cm
= 891 cm3
Maka jumlah volume bingkai foto adalah 1125 cm3- 891 cm3 = 234 cm3
26
Universitas Sumatera Utara
Untuk biaya pembuatan bingkai adalah :
Tabel 2.5 Rincian Biaya untuk Pembuatan bingkai foto
Bahan dan Peralatan
Jumlah
Harga (Rp)
Poliester Tak Jenuh Yukalac
157® BTQN-EX
Katalis Metil Etil Keton
Peroksida (MEKP)
Lilin Cetakan (Malam)
Serbuk Tempurung Kelapa
(STK)
Pembuatan kayu Cetakan
bingkai foto
Kaca
1 Kg
Rp 31.000,-/Kg
Biaya
Total (Rp)
3.1000,-
1 botol
Rp 7.000,-/botol
7.000,-
4 buah
500 gr
Rp 5.000,-/buah
Rp 5000,-/kg
20.000,2.500,-
1 buah
Rp 5.000,-/ buah
5.000,-
-
65.500,-
8 buah
TOTAL
Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang
diperlukan untuk membuat bingkai foto dari komposit yaitu sebesar Rp 65.500,-.
Dari jumlah diatas maka bingkai foto yang dapat dibuat adalah sebagai berikut:
Dengan poliester sebanyak 1 kg dengan perbandingan STK dan Poliester tak
jenuh (20 : 80) dapat membuat bingkai foto sebanyak :
Volume poliester tak jenuh
= Massa / Densitas
= 1000 gr / 1,21 gr/ml
= 826,45 ml
Volume STK
= 20/100 x 826,45 ml
= 0,2 x 826,45 ml
= 165,29 ml
Volume total = Volume poliester tak jenuh + Volume STK
= 826,45 ml + 165,29 ml
= 991,74 ml
Maka banyak bingkai foto yang dihasilkan adalah:
991,74 ml/ 234 cm3 = 4 bingkai foto
Rincian biaya untuk 1 bingkai foto :
Rp 65.500,- : 4 = Rp 16.300,Maka untuk harga jual untuk satu bingkai foto adalah Rp 23.000,- .
27
Universitas Sumatera Utara
Jika bingkai foto dibuat dengan menggunakan 1kg poliester murni maka rincian
biaya yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :
Volume poliester tak jenuh
= Massa / Densitas
= 1000 gr / 1,21 gr/ml
= 826,45 ml
Untuk membuat satu bingkai foto diperlukan 234 cm3 .
Maka banyak bingkai foto yang dapat dibuat adalah :
826,45 ml/234 cm3 = 3,5 bingkai foto. Dari perhitungan tersebut dapat
diasumsikan bingkai foto yang bias dibuat dari 1kg poliester adalah 3 bingkai
foto. Untuk biaya membuat satu bingkai foto menjadi : Rp. 65.000 : 3
Rp. 21.666,67 (diasumsikan Rp. 22.000).
Jika dibandingkan pembuatan 1 bingkai foto dengan poliester berpengisi
serbuk tempurung kelapa adalah Rp. 16.300 sedangkan bingkai foto dengan
poliester murni adalah Rp. 22.000,-. Maka dari segi nilai ekonomis, maka bingkai
foto yang dibuat dari poliester berpengisi serbuk tempurung kelapa yang paling
ekonomis dan memiliki peluang penjualan yang lebih baik karena didukung oleh
kualitas yang baik pula.
28
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 POTENSI DAN KESINAMBUNGAN BAHAN BAKU DAN PRODUK
2.1.1 Tempurung Kelapa
Tempurung kelapa merupakan salah satu bahan pengisi alamiah yang
banyak terdapat di negara – negara tropis seperti Indonesia, Malaysia, Thailand
dan Srilangka. Tempurung kelapa merupakan salah satu bagian dari produk
pertanian yang memiliki nilai ekonomis tinggi yang dapat dijadikan sebagai basis
usaha. Tempurung kelapa juga merupakan senyawa organik sehingga dapat
diuraikan oleh mikroorganisme (biodegradasi) secara alamiah di alam, dan juga
salah satu sumber bahan pengisi alamiah yang potensial dan mempunyai prospek
ekonomis tinggi. Hal ini berkaitan dengan perkembangan teknologi, faktor
ekonomis dan isu – isu lingkungan. Komposisi kimia yang dimiliki oleh
tempurung kelapa hampir sama dengan komposisi pada batang kayu. Perbedaan
yang mendesak adalah pada tempurung kelapa kandungan lignin yang lebih tinggi
dan mengandung selulosa yang lebih sedikit dibandingkan dengan batang kayu
[7]. Berikut dalam Tabel 2.1 merupakan komposisi kimia tempurung kelapa
Tabel 2.1 Komposisi Kimia Tempurung Kelapa [9]
Komponen
Rumus Kimia
Persentasi (%)
Selulosa
(C 6 H 10 O 5 ) n
26,60
Hemiselulosa
(C 5 H 8 O 4 ) n
12,34
Lignin
[(C 9 H 10 O 3 )(CH 3 O)] n
29,40
2.1.1.1 Selulosa
Selulosa adalah polimer glukosa yang tidak bercabang. Bentuk polimer ini
memungkinkan selulosa saling menumpuk / terikat menjadi bentuk serat yang
sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah unit glucan di
dalam polimer, disebut dengan derajat polimerisasi. Derajat polimerase selulosa
tergantung pada jenis tanaman dan umumnya dalam kisaran 2000 – 27000 unit
5
Universitas Sumatera Utara
glucan. Selulosa dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan asam
atau enzim. Selanjutnya glukosa yang dihasilkan dapat difermentasi menjadi
etanol [7]. Gambar 2.1 menunjukkan struktur molekul selulosa.
Gambar 2.1 Struktur Molekul Selulosa [7]
2.1.1.2 Hemiselulosa
Hemiselolosa adalah polisakarida non selulosa yang memiliki kandungan
yang bervariasi dengan komposisi dan struktur molekul yang berbeda.
Hemiselulosa tergolong ke dalam heteropolimer karena disusun oleh monomer
gula yang beragam yang dibedakan berdasarkan penyusun gula utamanya. Jenis
gula dominan hemiselulosa dalam dinding sel kayu adalah xilan dan glukomanan.
Jenis gula lain memiliki kandungan yang rendah atau kandungannya khas seperti
arabinoglaktan pada kayu larch [10].
2.1.1.3 Lignin
Lignin adalah molekul komplek yang tersusun dari unit phenylphropane
yang terikat di dalam struktur tiga dimensi. Lignin adalah material yang paling
kuat di dalam biomassa. Lignin sangat resisten terhadap degradasi, baik secara
biologi, enzimatis, maupun kimia. Karena kandungan karbon yang relative tinggi
dibandingkan dengan selulosa dan hemiselulosa, lignin memiliki kandungan
energi yang tinggi [7]. Gambar 2.2 menunjukkan struktur molekul lignin.
6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Struktur Molekul Lignin [7]
2.1.2 Resin Poliester Tak Jenuh
Poliester berasal dari reaksi kimia asam dibasa bereaksi secara kondensasi
dengan alkohol dihidrat. Karena asam tak jenuh digunakan dengan berbagai cara
sebagai bagian dari asam dibasa, yang menyebabkan terdapat nya ikatan tak jenuh
dalam rantai utama dari polimer yang dihasilkan, maka disebut polyester tak
januh. Kemudian, monomer vinil dicampur, yang bereaksi dengan gugus tak
jenuh pada pencetakan untuk mengeset. Sifat dari polyester sendiri adalah kaku
dan rapuh. Mengenai sifat termalnya, karena banyak mengandung monomer
stiren, maka suhu deformasi termal lebih rendah dari pada resin termoset lainnya
dan ketahanan panas jangka panjangnya kira-kira 110-140°C. Ketahanan dingin
adalah baik secara relatif. Sifat listriknya lebih baik diantara resin termoset, tetapi
diperlukan penghilangan lembaban yang cukup pada saat pencampuran dengan
gelas [11].
Poliester resin tak jenuh merupakan material polimer kondensat yang
dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok polyol, yang merupakan organik
gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic
yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah
glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan
adalah asam phthalic dan asam maleic.
Poliester resin tak jenuh adalah jenis polimer termoset yang memiliki
struktur rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk
crosslink dengan keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis
pembebanan statik dan impak. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki material
7
Universitas Sumatera Utara
ini ialah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling
berhubungan satu dengan lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya
menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan
[12].
Poliester tak jenuh merupakan resin sintetik yang tersusun dari rantai
lurus, yang dihasilkan dari reaksi glikol dengan asam difungsional seperti asam
maleat, asam adipat, dan lain – lain. Penggunaan umum dari poliester tak jenuh ini
adalah untuk impregnasi fiberglass yang selanjutnya dicetak menjadi bentuk yang
diinginkan dengan proses ikatan silang menjadi produk plastik yang bersifat lebih
ringan dari pada aluminium, atau dapat lebih kuat dari baja [2]. Gambar 2.3
menunjukkan sintesa poliester tak jenuh dari etilen glikol dan asam maleat.
Gambar 2.3 Sintesa poliester tak jenuh dari etilen glikol dan asam maleat
Pada polimerisasi, poliester akan mengalami beberapa fase yang berbeda
sebelum mengalami perubahan menjadi keras, tebal dan padat. Resin dengan
kekentalan cairan yang rendah atau sedang akan dapat larut dalam monomer.
Untuk mencegah perubahan resin dari bentuk cair kebentuk agar-agar yang terlalu
cepat, maka perlu dicampurkan suatu inhibitor yaitu bahan yang digunakan untuk
memperlambat aktivitas kimia serta dapat memperpanjang waktu penyimpanan
resin atau mengurangi kecepatan pembebasan panas yang timbul selama
polimerisasi. Sedangkan bahan yang bertindak sebaliknya disebut katalisator [2].
Untuk mendapatkan hasil yang lebih kompetitif, variabel matriks poliester
dan pengisinya harus divariasikan dengan rentang homogenitas yang paling baik
dan yang paling buruk.
8
Universitas Sumatera Utara
2.1.3 Katalis
Katalis ini digunakan untuk membantu proses pengeringan resin dan serat
dalam komposit. Waktu yang dibutuhkan resin untuk berubah menjadi plastik
tergantung pada jumlah katalis yang dicampurkan. Dalam penelitian ini
menggunakan katalis Methyl Ethyl Keton Peroxide (MEKP) yang berbentuk cair
dan berwarna bening. Semakin banyak katalis yang ditambahkan maka makin
cepat pula proses curingnya, tetapi apabila pemberian katalis berlebihan maka
akan menghasilkan material yang getas ataupun resin bisa terbakar. Bila terjadi
reaksi akan timbul panas antara 600-900C. Panas ini cukup untuk mereaksikan
resin sehingga diperoleh kekuatan dan bentuk plastik yang maksimal sesuai
dengan bentuk cetakan yang diinginkan [13].
Pemberian katalis untuk matriks poliester hanya untuk proses curing dan
dibutuhkan dalam jumlah yang sangat sedikit karena poliester memiliki sifat
mengeras pada suhu kamar. Sebab pemberian katalis pada matriks akan
menghasilkan panas yang berfungsi pada saat pematangan. Gambar 2.4
menunjukkan reaksi curing poliester tak jenuh.
Poliester tidak jenuh
Stirena
Curing
Metil Etil Keton Peroksida
Dimana :
2-amino-benzena
1,3- bis (metoksi benzena)
Gambar 2.4 Reaksi Curing Poliester Tak Jenuh [14]
9
Universitas Sumatera Utara
2.1.4 Komposit
Komposit merupakan perpaduan dari dua atau lebih material yang
memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki properties
yang lebih baik dari keduanya. Komposit berguna meningkatkan sifat mekanik
dari setiap material yang dipadukan [15]. Adapun kelebihan-kelebihan komposit
adalah sebagai berikut [16] :
1.
Kekuatannya dapat diatur (tailorability).
2.
Tahanan lelah yang baik (fatigue resistance).
3.
Tahan korosi.
4.
Memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi.
Komposit polimer mengandung tiga komponen penting yaitu fasa matriks,
fasa tersebar (serat/partikel), dan antar muka. Serat merupakan material yang
(umumnya) jauh lebih kuat dari matriks dan berfungsi memberikan kekuatan
tarik. Sedangkan matriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungan
dan kerusakan akibat benturan [16].
2.1.4.1 Fasa Matriks
Fasa matriks adalah fasa kontinu yang terdapat dalam suatu komposit di
mana fasa penguat tersebar di dalamnya. Fasa matriks berfungsi sebagai pelekat
untuk pengisi terbenam di dalamnya. Fasa matriks biasanya menggunakan bahan
termoplastik seperti polipropilena, polistirena dan sebagainya serta dapat juga dari
bahan polimer lain seperti termoset karet atau bahan elastomer (TPE) [7].
Pemilihan suatu bahan sebagai fasa matriks bergantung pada faktor-faktor
berikut [7].
•
Keserasian dengan fasa penguat atau fasa tersebar karena ia akan menentukan
•
interaksi antar muka fasa matriks – fasa penguat (pengisi).
•
Keperluan penggunaan seperti rentang suhu penggunaan
•
Kemudahan fabrikasi atau pemrosesan
•
Sifat akhir komposit yang dihasilkan
•
Bentuk komponen yang dihasilkan
Biaya pengolahan.
10
Universitas Sumatera Utara
Penggunaan bahan polimer sebagai fasa matriks karena beberapa alasan
yaitu sebagai berikut [7].
•
•
•
Polimer lebih mudah diproses dan mempunyai massa jenis yang relatif
rendah.
Polimer mempunyai sifat mekanik dan dielektrik yang baik.
Polimer mempunyai suhu pemrosesan yang relatif rendah dibandingkan
bahan logam.
Secara umum fungsi fasa matriks dalam komposit adalah sebagai berikut [7].
•
Mampu memindahkan gaya yang dikenakan kepada fasa tersebar (pengisi)
dan juga mendistribusikan beban yang dikenakan sesama fasa tersebar yang
•
•
berdekatan.
Menjaga fasa tersebar dari kerusakan seperti panas dan lembab.
Sebagai pengikat fasa tersebar dalam menghasilkan antar muka fasa matriks
dan fasa tersebar kuat.
2.1.4.2 Fasa Tersebar
Fasa tersebar merupakan bahan dalam bentuk partikel, serat, atau kepingan
yang ditambahkan untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik bahan komposit
seperti kekuatan, kekakuan, dan keliatan. Beberapa bahan pengisi/penguat yang
sering digunakan adalah serat kaca, serat karbon, serat Kevlar, serat kayu, dan
serat tandan kelapa sawit [17].
2.1.4.3 Antar muka (Matriks Tersebar)
Lazimnya untuk semua bahan komposit akan terdapat dua fasa berlainan
yang dipisahkan oleh suatu kawasan yang dinamakan antar muka. Daya sentuhan
dan daya kohesif pada bagian antar muka amat penting karena antar muka pengisi
matriks ialah bagian yang memindahkan beban dari fasa matriks kepada fasa
penguat atau fasa tersebar [17].
Secara umum resin adalah bahan yang akan diperkuat dengan serat. Resin
bersifat cair dengan viskositas yang rendah, yang akan mengeras setelah
terjadinya proses polymerisasi. Resin berfungsi sebagi pengikat (bounding) antara
serat yang satu dengan yang lainnya sehingga menghasilkan ikatan yang kuat
11
Universitas Sumatera Utara
terbentuk material komposit yang padu, yaitu material yang memiliki kekuatan
pengikat (bound strength) yang tinggi [18].
Adapun resin yang umum dipakai adalah termoseting. Termoseting
merupakan material tidak bisa menjadi lunak kembali bila dilakukan pemanasan
ulang walaupun diatas temperatur pembentuknya. Bila panas terus diberikan
material akan terurai menjadi karbon (hangus), dengan kata lain material tidak
dapat kembali ke bentuk semula.
Adapun jenis – jenis dari termoseting yaitu sebagai berikut [19] :
a).Phenolik
Mempunyai sifat sangat keras, rigit dengan modulus elastisitas yang baik
dibanding dengan resin lainnya karena sifatnya yang keras, kuat, mudah dibentuk,
mudah diberi warna dan tidak transparan.
b).Epoxy
mempunyai sifat ulet,elastis, tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan kimia
dan mempunyai dimensi yang lebih stabil. Dilihat dari struktur kimianya epoxy
sebenarnya adalah poliester, berbeda dengan polimer lain karena molekulnya
lebih pendek. Bila diberi bahan penguat komposit epoxy mempunyai kekuatan
yang lebih baik dibanding resin yang lain
c).Poliester
Dalam kebanyaan hal resin poliester tak jenuh ini disebut poliester saja.Karena
berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhukamar
dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti
banyak resin termoseting yang lainnya, maka tak perlu diberi tekanan untuk
pencetakan.
2.1.5 Termoset
Termoseting adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas.
Jika polimer ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat
dibentuk ulang kembali. Susunan polimer ini bersifat permanen pada bentuk cetak
pertama kali (pada saat pembuatan). Bila polimer ini rusak/pecah, maka tidak
dapat disambung atau diperbaiki lagi [20].
12
Universitas Sumatera Utara
Polimer termoseting memiliki ikatan – ikatan silang yang mudah dibentuk
pada waktu dipanaskan. Hal ini membuat polimer menjadi kaku dan keras.
Semakin banyak ikatan silang pada polimer ini, maka semakin kaku dan mudah
patah. Bila polimer ini dipanaskan untuk kedua kalinya, maka akan menyebabkan
rusak atau lepasnya ikatan silang antar rantai polimer [20]. Gambar 2.5
menunjukkan bentuk struktur ikatan silang sebagai berikut.
Gambar 2.5 Bentuk Struktur Ikatan Silang
Sebelumnya telah dilakukan penelitian menggunakan termoset sebagai
matriks antara lain [21] melakukan studi eksperimental tentang sifat fisik dan
mekanik komposit semen particleboard dari campuran serbuk gergaji kayu pinus
(Pinus caribaea M.)-sabut kelapa (Cocos nucifera L.) dengan aditif CaCl2. Dari
hasil yang diperoleh didapat bahwa penyerapan air terendah terjadi pada papan
yang terbuat dari 100% serbuk gergaji pinus tanpa sabut dalam rasio pencampuran
semen : lignocellulosic pada 2:1, secara umum semakin banyak sabut kelapa yang
ditambahkan dalam komposit maka penyerapan air oleh komposit semakin
meningkat. Hasil juga menunjukkan bahwa thickness swelling meningkat seiring
peningkatan jumlah komponen sabut pada rasio campuran material lignocellulosic
dan lebih tinggi dengan mengurangi komponen semen. Nilai Modulus of Rupture
(MOR) dan Modulus of Elasticity (MOE) menurun seiring penurunan komponen
semen dalam rasio campuran. Hasil juga menunjukkan bahwa papan dengan
kandungan semen yang lebih tinggi memiliki nilai densitas atau kerapatan yang
lebih tinggi. Sifat kekuatan juga dipengaruhi oleh kerapatan papan, papan dengan
kepadatan lebih tinggi memiliki sifat-sifat kekuatan yang lebih tinggi (MOR dan
MOE). Sifat polimer termoseting sebagai berikut [20].
13
Universitas Sumatera Utara
Keras dan kaku (tidak fleksibel)
Jika dipanaskan akan mengeras.
Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang).
Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.
Jika dipanaskan tidak akan meleleh.
Tahan terhadap asam basa.
Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul
2.2 KARAKTERISTIK / SIFAT – SIFAT BAHAN BAKU DAN PRODUK
2.2.1 Sifat dari Tempurung Kelapa
Adapun sifat - sifat dari tempurung kelapa adalah sebagai berikut ini :
Kekerasan dan kerapatannya tinggi
Serapan airnya rendah
Tahan terhadap pengikisan
2.2.2 Sifat dari Resin Poliester Tak Jenuh
Adapun sifat-sifat poliester secara umum adalah [2] :
a) Tembus pandang, bersih dan jernih.
b) Tahan terhadap suhu tinggi.
c) Permeabilitasnya terhadap uap air dan gas rendah.
d) Tahan terhadap pelarut organik seperti asam-asam organik dari buah-buahan,
sehingga dapat digunakan untuk mengemas minuman sari buah.
e) Tidak tahan terhadap asam kuat, fenol dan benzil alkohol
f)
Kuat dan tidak mudah sobek
2.2.3 Sifat dari Katalis
Adapun sifat-sifat Methyl Ethyl Keton Peroksida) secara umum adalah [13] :
Cair dan berwarna bening
Reaksi curing menghasilkan panas
14
Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Sifat dari Komposit
Sifat yang dapat diperoleh dari komposit adalah sebagai berikut [18].
1.
Peningkatan maksimum dalam sifat fisik.
2.
Penyerapan kelembapan yang rendah.
3.
Ketahanan terhadap panas yang baik.
4.
Ketahanan terhadap bahan kimia yang baik.
5.
Sifat keterlarutan dalam air dan pelarut yang rendah.
6.
Dapat dibuat dalam berbagai bentuk.
2.3 PENELITIAN TERDAHULU YANG MENGGUNAKAN SERBUK
TEMPURUNG KELAPA DENGAN PROSES LAIN
2.3.1 Pembuatan Bahan Gesek Kampas Rem Menggunakan Serbuk
Tempurung Kelapa sebagai Pemodifikasi Gesek.
Gambar 2.6 dibawah ini menunjukkan bahan gesek kampas rem mobil.
Gambar 2.6 Bahan gesek kampas rem mobil
Di Indonesia, banyak sekali limbah logam dan limbah organik yang dapat
dijadikan bahan baku bahan gesek, misalnya tempurung kelapa. Tempurung
kelapa dapat dijadikan sebagai pengganti grafit pada pembuatan bahan gesek.
Banyak negara-negara maju telah menghentikan produksi bahan gesek asbes,
karena bahan asbes dapat menyebabkan penyakit kanker.
Sutikno, dkk kemudian melakukan penelitian dengan membuat kampas rem
menggunakan serbuk tempurung kelapa. Adapun tujuan penelitian adalah untuk
menentukan komposisi (formulasi) pencampuran bahan gesek yang optimum,
15
Universitas Sumatera Utara
untuk mempelajari sifat mekanik bahan gesek dan untuk menerapkan hasil
fabrikasi bahan gesek untuk mendapatkan umpan balik yang akan digunakan
untuk meningkatkan kualitas bahan gesek yang dihasilkan. Bahan gesek yang
sekarang ada di pasaran dapat dikelompokkan menjadi bahan gesek asbes, bahan
gesek non asbes dan bahan gesek semi logam. Bahan gesek asbes telah terbukti
menyebabkan penyakit kanker pada para pekerja di Industri dan konsumennya
dan debu yang diturunkan dari serat para-aramid dapat menyebabkan kerusakan
paru-paru. Sedangkan bahan gesek semi logam apabila dipakai sebagai lapisan
gesek rem sepeda motor dapat menyebabkan kerusakan pada tromol. Oleh karena
itu, bahan gesek dari bahan organik perlu dikembangkan. Di sisi lain, industri
pengolahan kelapa menghasilkan berton-ton limbah tempurung kelapa. Dimana
pada saat ini pemanfaatan tempurung kelapa masih terbatas sebagai bahan bakar
dan arang aktif
dan bahan baku pembuatan obat nyamuk. Potensi lain
pemanfaatan tempurung kelapa adalah sebagai alternatif serat penguat bahan
gesek karena tempurung kelapa tersebut memiliki karakteristik fisik dan mekanik
yang baik yaitu kekerasan dan kerapatannya tinggi, serta serapan airnya rendah.
Bahan komposit semakin berkembang dewasa ini, bersaing dengan
komposit matriks logam dan keramik. Berbagai pemprosesan komposit terus
dipicu, diarahkan ke sasaran produk yang bersifat seperti yang dikehendaki.
Komposit komersial selama ini umumnya menggunakan bahan termoset. Suplai
bahan baku yang terbatas mengakibatkan bahan ini relatif mahal dibandingkan
polimer termoplastik yang tersedia. Polimer
termoplastik seperti polietilena
densitas rendah (LDPE) merupakan bahan komposit polimer komersial yang
relatif murah dibandingkan polimer termoset yang tersedia. Serbuk tempurung
kelapa digunakan untuk mensubstitusi bahan grafit atau serbuk batu bara.
Pemilihan serbuk tempurung kelapa berdasarkan pertimbangan bahwa karbon
serbuk tempurung kelapa, grafit dan serbuk batu bara memiliki karakteristik yang
hampir sama. Ketiga-tiganya memiliki kandungan karbon. Tempurung kelapa
dapat digunakan sebagai pemodifikasi gesek pada kadar optimum 14.82% volume
[22].
16
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Pengaruh fraksi volume dan ukuran partikel komposit poliester resin
berpenguat partikel genting terhadap kekuatan tarik dan kekuatan
bending.
Komposit banyak dikembangkan karena memiliki sifat yang diinginkan
karena tidak didapat dari material lain apabila berdiri sendiri. Genting memiliki
sifat dan karakteristik yang baik, Sifat khas yang di miliki genting yaitu kapasitas
panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah, tahan korosi, sifat
listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor,
sifatnya dapat magnetik dan nonmagnetik , keras, dan kuat. Sedangkan kelemahan
genting adalah rapuh. Siswanto dan Kuncoro Diharjo kemudian melakukan
penelitian bagaimana pengaruh fraksi volume dan ukuran partikel komposit
poliester berpenguat partikel genting. Dalam penelitian ini, masalah yang akan
diteliti dibatasi pada pengaruh fraksi volume partikel genting 30%, 40% dan 50%
dan ukuran butiran partikel mesh 40-60, 60-80 dan 100-120 terhadap kekuatan
tarik dan kekuatan lentur. Dari hasil pengujian didapat bahwa sifat mekanik
meningkat seiring dengan peningkatan fraksi volume abu terbang. sedangkan sifat
fisik densitas menurun seiring peningkatan fraksi volume abu terbang. Dari data
hasil pengujian bending dan pengujian tarik menunjukkan bahwa komposit
dengan fraksi volume partikel 30% memiliki kekuatan bending dan tarik lebih
tinggi dibanding dengan komposit fraksi volume partikel 40% dan 50%.
Komposit dengan fraksi volume partikel 30 % menghasilkan ikatan matrik
terhadap partikel lebih kuat, matrik memiliki keleluasaan untuk mengisi daerah
antara butir. Sedangkan semakin tinggi fraksi volume partikel akan menyebabkan
keleluasaan kemampuan matrik untuk mengisi daerah antar butir semakin kecil
yang menyebabkan menurunya daya ikatan yang dihasilkan. Ukuran partikel juga
berpengaruh terhadap kekuatan komposit. Komposit dengan partikel mesh 80-100
memiliki tegangan bending dan tarik yang lebih tinggi di banding dengan ukuran
mesh 40-60 maupun 60-80. Hal ini disebabkan bahwa ukuran partikel butir
semakin kecil akan semakin besar luasan area partikel yang akan di ikat oleh
matrik, sehingga berpengaruh pada meningkatnya kekuatan bending [23].
17
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 Perbandingan Kelebihan dan Kelemahan Penelitian ini dengan
Penelitian Yang Lain
Tabel 2.2 menunjukkan kelebihan komposit antara penelitian ini
dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Sutikno, dkk dan Siswanto.
Tabel 2.2 Perbandingan kelebihan komposit adalah sebagai berikut :
No
Kelebihan Penelitian ini
Kelebihan Penelitian Sutikno, dkk
dan Siswanto, dkk.
1.
Biaya operasional lebih murah
Biaya bahan baku lebih murah
2.
Kekuatan bentur meningkat
Kekuatan tariknya meningkat
3.
Bahan baku mudah diperoleh
Bahan baku mudah diperoleh
4.
Serapan airnya rendah
Kekuatan bending meningkat
5.
Mekanisme pengerjaan lebih Kekuatan gesek tinggi
mudah
Tabel 2.3 menunjukkan perbandingan kelemahan komposit yang dibuat
dalam penelitian ini dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Sutikno,
dkk dan Siswanto, dkk.
Tabel 2.3 Perbandingan kelemahan komposit adalah sebagai berikut :
No
Kelemahan Penelitian ini
Kelemahan Penelitian Sutikno, dkk
dan Siswanto, dkk.
1.
Biaya bahan baku lebih mahal
Biaya operasional lebih mahal
2.
Kekuatan tarik menurun
Mekanisme pengerjaan lebih rumit
2.4 STUDI PUSTAKA TERHADAP MEKANISME PROSES
Metoda penyediaan komposit yang umum dilakukan, yaitu [24]:
1.
Metoda Vacuum Bagging yang menggunakan kombinasi ruang vakum dan
sebuah film penyerap resin.
2.
Metoda Vacuum Resin Transfer Moulding (RTM) menggunakan pemanasan
dan proses pemvakuman.
3.
Metoda Filament Winding menggunakan sebuah mesin pemintal untuk
membentuk jaringan filament.
18
Universitas Sumatera Utara
4.
Metoda Pultrusi menggunakan peralatan untuk membentuk komposit menjadi
bentuk-bentuk struktural. Metoda ini banyak digunakan untuk produksi dalam
skala besar.
5.
Metoda Hand Lay-Up
Pada penelitian ini metoda yang digunakan adalah metoda hand lay-up.
Metoda ini merupakan metoda yang digunakan untuk mencetak bahan polimer
termoset yang mengalami pengeringan (curing) pada suhu ruangan. Reaksi kimia
pada resin polimer diawali dengan adanya penambahan katalis yang
mengakibatkan resin mengeras. Dalam pencetakan, sebuah cetakan terbuka (open
mold) digunakan. Untuk mendapatkan permukaan yang baik, maka terlebih
dahulu disemprotkan sebuah pigmen gel coat pada permukaan cetakan. Resin dan
pengisi kemudian ditempatkan di cetakan. Udara yang masih ada dihilangkan
dengan menggunakan kuas, roller, ataupun brush dabbing. Lapisan pengisi dan
resin ditambahkan dengan tujuan untuk penebalan kemudian ke dalamnya
ditambahkan katalis atau akselerator yang akan mengeringkan resin tanpa perlu
adanya penambahan panas. Oleh karena itu, proses curing pada metoda hand layup dikatakan berlangsung pada suhu ruangan. Metoda hand lay up sangat cocok
digunakan untuk keperluan produksi yang rendah karena menggunakan peralatan
dan biaya yang tidak begitu besar [7].
Dry Reinforcement
Fabric
Optional Gel
Coat
Consolidation
Roller
Resin
Mould Tool
Gambar 2.7 Metoda Hand Lay-Up [24]
19
Universitas Sumatera Utara
Jenis pengujian yang dilakukan adalah :
1.
Uji kekuatan tarik (tensile strenght)
2.
Uji kekuatan bentur (impact strength)
3.
Pengukuran Fraksi volume komposit
4.
Analisis spektroskopi inframerah (FTIR)
5.
Pengujian daya serap terhadap air.
2.4.1 Uji Sifat Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat bahan polimer yang terpenting
dan sering digunakan untuk uji sifat suatu bahan polimer. Penarikan suatu bahan
biasanya menyebabkan terjadi perubahan bentuk dimana penipisan pada tebal dan
pemanjangan. Kekuatan tarik (tensile strength) suatu bahan ditetapkan dengan
membagi gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula, dimensinya sama
dengan tegangan [7]. Persamaan untuk tegangan tarik adalah :
Tegangan tarik =
τ=
Dimana :
Tegangan ( gaya)
Luas Permukaan
Fmaks
Ao
τ
(2.1)
= tegangan ( kgf/mm2)
Fmaks = beban ( kgf)
Ao
= luas penampang mula- mula
Tegangan tarik (kekuatan tarik) tergantung pada gaya yang diberikan,
waktu, suhu, struktur dan morfologi bahan polimer (non Kristal, semi kristal atau
kristal). Jika pada suatu bahan dikenakan beban tarik, maka bahan tersebut akan
mengalami perubahan panjang yang disebut dengan perpanjangan (elongation).
Persamaan untuk perpanjangan :
Perpanjangan =
ε=
Perubahan panjang
Panjang Awal
l − lo
(100%)
lo
(2.2)
20
Universitas Sumatera Utara
Sementara sifat elastisitas suatu bahan polimer (modulus young)
merupakan perbandingan antara tegangan tarik dengan perpanjangan, atau :
E=
τ
ε
(2.3)
Pada peregangan suatu bahan polimer, perpanjangan tidak selalu
berbanding lurus dengan beban yang diberikan, dan pada penurunan kembali
beban, sebagian regangannya hilang, karena bahan polimer bukan merupakan
bahan sepenuhnya elastis tetapi ada sifat viskositasnya [7].
2.4.2 Uji Sifat Kekuatan Bentur (impact strength)
Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui karakteristik patah dari
bahan. Pengujian ini biasanya mengikuti dua metoda yaitu metoda Charpy dan
Izod yang dapat digunakan untuk mengukur kekuatan impak, yang kadang juga
disebut seabgai ketangguhan ketok (notch toughness). Untuk metoda Charpy dan
Izod, spesimen berupa dalam bentuk persegi dimana terdapat bentuk V-notch
(Gambar 2.8).
Gambar 2.8 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod [25]
Peralatan
untuk
melakukan
kekuatan
impak
spesimen
V-notch
ditunjukkan pada Gambar 2.9. Beban didapat dari tumbukan pendulum yang
dilepas dari ketinggian h. Spesimen diletakkan di dasar seperti pada Gambar 2.8.
21
Universitas Sumatera Utara
Ketika dilepas ujung pisau pada pendulum akan menghantam dan mematahkan
spesimen pada titik ketoknya (notch) yang bekerja sebagai titik tegangan untuk
benturan kecepatan tinggi. Pendulum terus berayun, naik sampai ketinggian
maksimum h' yang lebih rendah dari h. Energi yang diserap, yang diukur dari
perbedaan ketinggian h dan h' merupakan pengukuran kekuatan impak. Perbedaan
antara metoda Charpy dan Izod yaitu bergantung pada
peletakan support
spesimen seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8 [25].
Scale
Starting Position
Pointer
Hammer
End of Swing
Specimen
Anvil
Gambar 2.9 Skema Pengujian Impak [29]
�������� =
������ ���� ������ ℎ��� ����� ���� ℎ
����� �� ℎ��
�
� �
�
(2.4)
2.4.3 Pengukuran Fraksi Volume Komposit
Densitas/kepadatan merupakan suatu indikator penting suatu komposit,
karena sangat mempengaruhi sifat dari material komposit. Densitas dapat diukur
dengan persamaan [3] :
ρ=
m
V
(2.5)
22
Universitas Sumatera Utara
Bila densitas resin (ρ R ), densitas komposit (ρ C ), data massa komposit
(M C ),dan data massa resin (M R ) telah diketahui maka untuk mencari fraksi
volume resin (V R ) diberikan dalam persamaan berikut[26]:
VF =
Dimana :
ρC
.Mf
ρf
(2.6)
V F = Fraksi volume serat ( ml )
ρ C = Densitas komposit ( gr/ml)
ρ F = Densitas serat ( gr/ml)
M F = Massa Serat (gram)
Maka untuk menghitung fraksi massa serat(V F ) dan densitas serat (ρ C )
dihitung berdasarkan persamaan berikut[3]:
VR = 1 − VF
ρF =
MF ρC
M C VF
(2.7)
2.4.4 Analisi spektroskopi inframerah (FTIR)
Penggunaan spektrofotometer FTIR untuk analisis banyak digunakan
untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spectrum FTIR suatu
senyawa bersifat khas, artinya suatu senyawa yang berbeda akan mempunyai
spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul
menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya di daerah spektrum IR yaitu, 4000400 cm-1 .
Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi
sebagai pemlastis dan oksidasi, memberikan kekhasan pada spektrum infra
merahnya. Analisis infra merah memberikan informasi tentang kandungan aditif,
panjang rantai dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis IR dapat
digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan
23
Universitas Sumatera Utara
munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer.
Gugus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus
hidroksida dan karboksilat [27].
2.4.5
Pengujian daya serap terhadap air
Daya serap air papan partikel dilakukan dengan mengukur selisih berat
sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 24 jam. Daya serap air
tersebut dihitung dengan rumus[28] :
DSA =
Dimana :
�1 −�2
�1
� 100%
(2.8)
DSA
: daya serap air (%)
B1
: berat contoh uji sebelum perendaman
B2
: berat contoh uji setelah perendaman
Gambar 2.10 menunjukkan mekanisme penyerapan. Menurut mekanisme
ini, suatu ikatan akan terbentuk apabila molekul-molekul polimer meresap dari
suatu permukaan ke dalam struktur molekul permukaan yang satu lagi. Kekuatan
ikatannya bergantung kepada jumlah kekusutan molekul dan jumlah molekul yang
terlibat. Jumlah penyerapan tergantung pada konformasi molekul, bagian yang
terlibat dan kemudahan pergerakan molekul. Selain itu, penyerapan juga dapat
ditingkatkan dengan menambahkan pelarut dan plastisizer [28].
Penyerapan air pada komposit memiliki peranan penting karena semakin
tinggi daya serap komposit terhadap air dapat dipastikan terdapat banyak rongga
atau ruang kosong sehinggadapat menurunkan sifat mekanik komposit tersebut.
Selain itu, komposit akan mudah mengalami pembusukan.
Gambar 2.10 Mekanisme Penyerapan Air [ 17 ]
24
Universitas Sumatera Utara
2.5 ANALISIS BIAYA
Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisa biaya terhadap pembuatan
komposit poliester tidak jenuh (UPR) berpengisi serbuk tempurung kelapa (STK).
Rincian biaya diberikan dalam Tabel 2.4 berikut.
Tabel 2.4 Rincian Biaya Pembuatan Komposit UPR Berpengisi STK
Bahan dan Peralatan
Poliester Tidak Jenuh
Yukalac 157® BTQN-EX
Katalis Metil Etil Keton
Peroksida (MEKP)
Lilin Cetakan (Malam)
Serbuk Tempurung Kelapa
(STK)
Analisa Fourier Transform
Infra-Red (FTIR)
Jumlah
3 kg
Harga (Rp)
Rp 31.000,-/kg
Biaya Total (Rp)
93.000,-
1 botol
Rp 7.000,-/botol
7.000,-
4 buah
3 kg
Rp 5.000,-/buah
Rp 5000,-/kg
20.000,15.000,-
3 sampel
Rp 75.000,-/sampel
225.000,360.000,-
TOTAL
Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang
diperlukan untuk membuat komposit UPR-STK yaitu sebesar Rp 360.000,-.
Misalnya produk yang ingin dibuat adalah pembuatan bingkai foto. Bahan
baku utama pembuatan bingkai yaitu :
1.
Serbuk tempurung kelapa
2.
Poliester tak jenuh
3.
Metal etil keton peroksida
4.
Lilin
5.
Kuas
6.
Kaca
7.
Cetakan bingkai foto
8.
Dan lain – lain
Prosedur pembuatan bingkai foto sama seperti prosedur penelitian ini.
Dimana bisa menghitung biaya pembuatan bingkai foto. Ukuran bingkai foto yang
ingin kita buat adalah ukuran 30 cm x 25 cm x 1,5 cm.
25
Universitas Sumatera Utara
27 cm
1,5 cm
30 cm
22 cm
25 cm
Diketahui :
Panjang
= 30 cm
Lebar
= 25 cm
Tebal
= 1,5 cm
Lebar dalam = 22 cm
Panjang dalam = 27 cm
Pada ukuran bingkai foto 30 cm x 25 cm x 1,5 cm membutuhkan serbuk
tempurung kelapa dan poliester tak jenuh sebanyak :
Ukuran bingkai foto 30 cm x 25 cm x 1,5 cm
Ukuran serbuk tempurung kelapa 70 mesh dan perbandingan komposisi
matriks dengan pengisi yaitu poliester : STK ( 80 : 20 )
Dimana Asumsinya adalah :
Volume bingkai foto = 30 cm x 25 cm x 1,5 cm
= 1125 cm3
Volume bingkai foto bagian dalam
= 27 cm x 22 cm x 1,5 cm
= 891 cm3
Maka jumlah volume bingkai foto adalah 1125 cm3- 891 cm3 = 234 cm3
26
Universitas Sumatera Utara
Untuk biaya pembuatan bingkai adalah :
Tabel 2.5 Rincian Biaya untuk Pembuatan bingkai foto
Bahan dan Peralatan
Jumlah
Harga (Rp)
Poliester Tak Jenuh Yukalac
157® BTQN-EX
Katalis Metil Etil Keton
Peroksida (MEKP)
Lilin Cetakan (Malam)
Serbuk Tempurung Kelapa
(STK)
Pembuatan kayu Cetakan
bingkai foto
Kaca
1 Kg
Rp 31.000,-/Kg
Biaya
Total (Rp)
3.1000,-
1 botol
Rp 7.000,-/botol
7.000,-
4 buah
500 gr
Rp 5.000,-/buah
Rp 5000,-/kg
20.000,2.500,-
1 buah
Rp 5.000,-/ buah
5.000,-
-
65.500,-
8 buah
TOTAL
Dari rincian biaya yang telah dilakukan diatas maka total biaya yang
diperlukan untuk membuat bingkai foto dari komposit yaitu sebesar Rp 65.500,-.
Dari jumlah diatas maka bingkai foto yang dapat dibuat adalah sebagai berikut:
Dengan poliester sebanyak 1 kg dengan perbandingan STK dan Poliester tak
jenuh (20 : 80) dapat membuat bingkai foto sebanyak :
Volume poliester tak jenuh
= Massa / Densitas
= 1000 gr / 1,21 gr/ml
= 826,45 ml
Volume STK
= 20/100 x 826,45 ml
= 0,2 x 826,45 ml
= 165,29 ml
Volume total = Volume poliester tak jenuh + Volume STK
= 826,45 ml + 165,29 ml
= 991,74 ml
Maka banyak bingkai foto yang dihasilkan adalah:
991,74 ml/ 234 cm3 = 4 bingkai foto
Rincian biaya untuk 1 bingkai foto :
Rp 65.500,- : 4 = Rp 16.300,Maka untuk harga jual untuk satu bingkai foto adalah Rp 23.000,- .
27
Universitas Sumatera Utara
Jika bingkai foto dibuat dengan menggunakan 1kg poliester murni maka rincian
biaya yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :
Volume poliester tak jenuh
= Massa / Densitas
= 1000 gr / 1,21 gr/ml
= 826,45 ml
Untuk membuat satu bingkai foto diperlukan 234 cm3 .
Maka banyak bingkai foto yang dapat dibuat adalah :
826,45 ml/234 cm3 = 3,5 bingkai foto. Dari perhitungan tersebut dapat
diasumsikan bingkai foto yang bias dibuat dari 1kg poliester adalah 3 bingkai
foto. Untuk biaya membuat satu bingkai foto menjadi : Rp. 65.000 : 3
Rp. 21.666,67 (diasumsikan Rp. 22.000).
Jika dibandingkan pembuatan 1 bingkai foto dengan poliester berpengisi
serbuk tempurung kelapa adalah Rp. 16.300 sedangkan bingkai foto dengan
poliester murni adalah Rp. 22.000,-. Maka dari segi nilai ekonomis, maka bingkai
foto yang dibuat dari poliester berpengisi serbuk tempurung kelapa yang paling
ekonomis dan memiliki peluang penjualan yang lebih baik karena didukung oleh
kualitas yang baik pula.
28
Universitas Sumatera Utara