PENGARUH BESAR BUNGKIL BIJI JARAK PAGAR
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
8
PENGARUH BESAR BUNGKIL BIJI JARAK PAGAR SEBAGAI
FILLER PADA KOMPOSIT POLIMER POLYPROPYLENE
TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN KEJUT
Adhes Gamayel1 dan Adi Winarta2
Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Jakarta 1
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bali 2
Email: [email protected]
Abstrak: Plastik memiliki kelebihan dibanding dengan material lain yaitu mampu cetak dengan
baik, ringan, mudah didapat dan harganya murah. Agar didapatkan kekuatan plastik yang tinggi,
dalam proses pembuatannya perlu ditambahkan pengisi (filler) sebagai penguat. Material yang terdiri
dari penguat yang diikat dengan polimer disebut dengan material komposit. Pengisi (filler) yang
ditambahkan ke dalam polimer bertujuan untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya.
Pohon jarak yang dewasa ini semakin gencar ditanam misalnya untuk pembuatan biodiesel, dll.,
banyak menyisakan bungkil yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan penguat komposit polimer. Selain itu
juga kandungan dari bungkil jarak yang mengandung lignin sebagai bahan penguat. Pada pengujian
komposit polimer bungkil jarak didapat bahwa prosentase bungkil jarak dan besar ukuran filler akan
berpengaruh pada kekuatan mekanik suatu komposit polimer.
Kata kunci: filler, komposit, polimer, jarak pagar.
Abstract: Plastic has advantages being apposed to other materials for its precise molding ability,
lightness, accessibility, as well as cheapness. However, it needs filler as reinforcement during its process
in order to produce stronger plastic. The materials consisting of reinforcement bound with polymer is
called composite material. The filler added into polymer function to increase its mechanical strenght.
Jatropha curcas (jarak pagar) which is more intensively grown recently for bio diesel purpose and
others leave oilcake that can be used as polymer composite reinforcement material. The test on jatropha
curcas oilcake polymer composite showed that oilcake percentage and its filler size will affect mechanical
strenght of polymer composite.
Keyword: filler,composite, polymer, jatropha curcas.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Penggunaan bahan plastik di masyarakat
saat ini sangat banyak. Agar
didapatkan
kekuatan plastik yang tinggi, dalam proses
pembuatannya perlu ditambahkan pengisi
(filler ) sebagai penguat. Penguat tersebut
dapat berupa serbuk atau serat. Material yang
terdiri dari penguat yang diikat dengan
polimer disebut dengan material komposit.
Pengisi (filler ) yang ditambahkan ke dalam
polimer
bertujuan untuk meningkatkan
kekuatan
mekanik seperti kekuatan kejut
(impact), kekuatan tarik (tensile strength),
kekuatan tekan, kekerasan, dan lain - lain.
Penambahan
serbuk
pada
pembuatan
komposit dapat mempengaruhi sifat komposit
terutama sifat kimia, sifat mekanik dan sifat
fisik.
Proses ekstraksi biji jarak menghasilkan
produk berupa minyak dan bungkil. Bungkil
biji jarak pagar dimanfaatkan sebagai pakan
ternak dan bahan pupuk. Bungkil biji jarak
pagar memiliki kadar serat sebesar 35,95% dan
lignin sebesar 24,61% yang di dalamnya
terkandung bahan lignoselulosa yang terdiri dari
serat – serat selulosa yang diselimuti matrik.
Bahan lignoselulosa
adalah penyusun bahan
dengan sifat kaku dan kuat.
Berdasarkan latar belakang di atas, perlu
dilakukan studi mengenai pemanfaatan serbuk
bungkil jarak pagar sebagai penguat pada komposit
polimer.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat ditarik
suatu rumusan masalah sebagai berikut:
”Bagaimanakah pengaruh besar serat bungkil
biji jarak pagar sebagai filler pada material suatu
komposit terhadap kekuatan tarik (tensile strength)
dan kekuatan kejut (impact)”.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh besar serat bungkil biji jarak
pagar terhadap kekuatan tarik (Tensile Strength)
dan kekuatan kejut (Impact) komposit polimer.
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari kegiatan penelitian ini adalah:
a. Mengetahui kegunaan lain dari bungkil biji
jarak pagar sebagai penguat
dalam
material komposit.
b. Dapat mengurangi pencemaran lingkungan
dengan adanya biokomposit ini.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Material Komposit
Material komposit didefinisikan sebagai
kombinasi antara dua material atau lebih yang
berbeda bentuk, komposisi kimia, dan tidak
saling melarutkan antar material. Material yang
satu berfungsi sebagai penguat dan material
yang lain berfungsi sebagai pengikat untuk
menjaga kesatuan unsur-unsurnya. Sedangkan
penggabungan dua atau lebih material dengan
pengisi (filler) dari bahan-bahan alami disebut
dengan biokomposit. Dalam penyusunan
komposit, salah satu material penyusun dapat
ditentukan fraksi volume untuk mendapatkan
sifat akhir yang diinginkan. Secara umum
terdapat dua kategori material penyusun
komposit yaitu matriks dan reinforcement.
Keunggulan bahan komposit adalah dapat
memberikan sifat – sifat mekanik terbaik yang
dimiliki oleh komponen
penyusunnya.
Keuntungan penggunaan material komposit
adalah:
1. Bobotnya yang ringan jika dibandingkan
dengan material logam, tetapi memiliki
kekuatan yang hampir sama.
2. Tahan korosi
3. Ekonomis
4. Tidak sensitif terhadap bahan-bahan
kimia
2.2 Pengisi (Filler)
Pengisi atau filler adalah bahan yang
ditambahkan pada resin untuk meningkatkan
sifat mekanik dan sifat fisik. Pengisi juga
berfungsi sebagai penguat pada matrik.
2.2.1 Serbuk Bungkil Biji Jarak Pagar
Sebagai Pengisi (Filler)
Jarak pagar (Jatropha curcas L.) termasuk
famili Euphorbiaceae yang potensial sebagai
tanaman penghasil minyak. Biji pada tanaman
jarak
pagar yang
telah diekstraksi
menghasilkan minyak dan bungkil. Bungkil ini
memiliki kandungan
serat
dan
lignin,
sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan
penguat dalam pembuatan material komposit.
Hal ini karena lignin yang terdapat dalam
bungkil
mengandung
lignoselulosa yang
diselaputi oleh matrik. terdiri dari serat-serat
selulosa yang diselaputi oleh matrik. Serat
inilah yang menimbulkan sifat kuat dan
9
kaku. Bungkil biji jarak pagar dalam bentuk
serbuk kecil direkatkan dengan resin. Pembuatan
komposit dengan menggunakan matrik dapat
meningkatkan efisiensi pemanfaatan bungkil biji
jarak pagar sebagai produk yang inovatif. Produk
yang
berlignoselulosa non
kayu
memiliki
keunggulan seperti biaya produksi murah,
kerapatan rendah, bersifat biodegradable serta
sifat-sifat tahan korosi dan ringan.
2.3 Teori Ikatan Penguat terhadap Komposit
Matrik
Ikatan yang terjadi pada material komposit
di antara matrik dan penguatnya antara lain :
a) Ikatan Mekanik (Mechanical Bonding)
Matrik cair menyebar ke seluruh permukaan
penguat pengisi (filler ) dan mengisi setiap
lekuk dari permukaan sehingga terjadi
mekanisme saling mengunci. Semakin kasar
permukaan penguat semakin kuat ikatan
yang terbentuk.
b) Ikatan elektrostatis (Electrostatic Bonding)
Ikatan ini terjadi antara matrik dan penguat
ketika salah satu permukaan mempunyai
muatan positif dan permukaan lainnya
mempunyai muatan negatif sehingga akan
terjadi
tarik menarik
antar
kedua
permukaan.
c) Ikatan kimia (Chemical Bonding)
Ikatan kimia adalah ikatan yang terbentuk
antara kelompok kimia pada permukaan
penguat dan kelompok yang sesuai pada
matrik, sehingga
kekuatan
ikatannya
tergantung pada jumlah ikatan perluasan
dan tipe dari ikatan itu.
d) Ikatan reaksi
Atom atau molekul dari dua komponen
dalam komposit dapat bereaksi pada
permukaannya sehingga terjadi ikatan
reaksi dan membentuk lapisan permukaan
yang mempunyai sifat berbeda dari kedua
komponen komposit tersebut. Ikatan ini
dapat terjadi karena adanya difusi atomatom permukaan dari komponen komposit
yang terjadi pada suhu tinggi.
2.4 Metode Pembuatan Komposit
Terdapat tiga macam metode yang dapat
digunakan untuk membuat komposit, yaitu:
1. Injection Moulding
Proses injeksi dilakukan dengan cara
memberikan tekanan injeksi pada bahan
plastik yang telah meleleh oleh sejumlah
energi panas untuk dimasukkan kedalam
cetakan sehingga dapat dibentuk yang
diinginkan. Kelebihannya adalah tingkat
produksi tinggi, dihasilkan produk tanpa
proses pengerjaan akhir, dapat mencetak
produk yang sama, produk ukuran kecil
dapat dibuat dan ongkos produksi murah
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
2.5 Hipotesis
Bahan lignoselulosa yang terkandung dalam
bungkil biji jarak pagar menyebabkan sifat
kaku dan kuat. Kandungan serat selulosa
pada bungkil biji jarak pagar lebih banyak
daripada
bahan biokomposit
yang lain,
sehingga akan didapat kekuatan mekanik
yang lebih baik.
Semakin besar prosentase serat bungkil jarak
pagar yang ditambahkan pada komposit polimer
diduga mekanisnya juga semakin meningkat.
Semakin kecil ukuran serat bungkil jarak
pagar yang ditambahkan pada polimer diduga
kekuatan mekanisnya akan meningkat.
perulangan sebanyak tiga kali, sehingga dari tiga
variabel bebas dan dua variabel terikat
membutuhkan 18 spesimen.
Dari table tersebut di atas, kemudian dibuat
grafik hubungan antara
1. Kekuatan Kejut dan Variasi Prosentase
Serbuk Bungkil
2. Kekuatan Tarik dan Variasi Prosentase
Serbuk Bungkil
3. Kekuatan Kejut dan Variasi Ukuran Serbuk
Bungkil
4. Kekuatan Tarik dan Variasi Ukuran Serbuk
Bungkil
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Prosentase Serbuk Bungkil Biji
Jarak Pagar Terhadap Kekuatan Kejut
Hubungan antara pengaruh prosentase serbuk
bungkil biji jarak terhadap kekuatan kejut dapat
dilihat pada gambar 1 di bawah ini
Hubungan Kekuatan Kejut dan Prosentase Serat Bungkil
2
Kekuatan Kejut (kg.m m /m 2)
2. Spray Up
Dalam pembuatan komposit dengan
metode spray Up ini menggunakan alat
penyemprot. Alat penyemprot tersebut
berisi resin dan pengisi yang secara
bersamaan disemprot kedalam cetakan.
3. Hand Lay Up
Proses pembuatan komposit dengan
metode Hand Lay Up merupakan
pembuatan komposit dengan metode
lapisan demi lapisan sampai diperoleh
ketebalan yang diinginkan. Setiap lapisan
berisi
matrik
dan
filler . Setelah
memperoleh ketebalan yang diinginkan
digunakan roller untuk meratakan dan
menghilangkan udara yang terjebak di
atasnya.
10
1.6
1.2
0.8
0.4
0
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Prosentase Serat Bungkil
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Variabel Penelitian
a. Variabel Bebas
1. Perbandingan besar fraksi volume
penambahan bungkil jarak pada
polimer sebesar 0, 10%, 20%, 30%,
40%, dan 50 %
2. Besar ukuran serbuk jarak
dari
bungkil biji jarak pagar sebesar
0,315-0,355µm, 0,355-0,415µm dan
0,415- 0,600 µm
b. Variabel Terkontrol
1. Tekanan injeksi konstan 80 (Psi)
2. Temperatur injeksi konstan 200 ̊C
c. Variabel Terikat
1. Kekuatan Tarik (N/mm2)
2. Kekuatan Kejut (kg/mm2)
3.2 Rancangan Penelitian
Penelitian dengan variabel prosentase serat
bungkil melakukan pengambilan data sebanyak
3 kali, sehingga membutuhkan 30 spesimen
untuk mendapatkan variabel terikat.
Pada penelitian dengan variabel besar
ukuran bungkil, data diambil menggunakan
Kekuatan Kejut
Poly. (Kekuatan Kejut)
Gambar 1 Grafik Hubungan antara Kekuatan Kejut dan
Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa
kekuatan kejut akan meningkat seiring dengan
meningkatnya kadar prosentase serat bungkil pada
komposit polimer. Kekuatan kejut terbesar
didapatkan pada prosentase serat bungkil jarak
pagar sebanyak 30%. Pada prosentase 0%, polimer
yang terbentuk adalah polimer murni yang masih
homogen sehingga ikatan antar molekulnya masih
kuat, sedangkan pada prosentase 30%, terjadi
keseimbangan campuran pada penambahan serbuk
bungkil sehingga didapat komposit polimer yang
homogen. Pada prosentase di atas 30%, kekuatan
kejut semakin menurun dikarenakan penambahan
serat bungkil yang terlalu banyak menyebabkan
komposit polimer menjadi tidak homogen sehingga
ikatan antar molekul yang bercampur sudah tidak
kuat lagi.
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
11
4.2 Pengaruh Prosentase Serbuk Bungkil Biji
Jarak Pagar Terhadap Kekuatan Tarik
Hubungan antara pengaruh prosentase
serbuk bungkil biji jarak terhadap kekuatan tarik
dapat dilihat pada gambar 2 di bawah ini
2)
Kekuatan Tarik (kg.mm/m
Hubungan Kekuatan Tarik dan Prosentase Serat Bungkil
7
6
5
4
3
2
yaitu 0,315-0,355µm memiliki jumlah serbuk
terbanyak dibandingkan ukuran serbuk 0,355-0,415
µm dan 0,415-0,600 µm saat menempati suatu
ruang yang sama. Dengan jumlah serbuk yang
relatif lebih banyak dan tersebar lebih merata maka
ikatan antara serbuk dan komposit polimer menjadi
lebih besar sehingga menyebabkan kekuatan kejut
juga semakin besar. Dengan bertambahnya ukuran
serbuk, maka jumlah serbuk relatif lebih sedikit
serta mengakibatkan ikatan antara serbuk dan
polimer menjadi semakin kecil sehingga kekuatan
kejut akan semakin menurun
1
0
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Prosentase Serat Bungkil
Kekuatan Tarik
4.4 Pengaruh Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
Biji Jarak Pagar Terhadap Beban
Poly. (Kekuatan Tarik)
Gambar 2 Grafik Hubungan antara kekuatan tarik dan
Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa
semakin bertambahnya prosentase serbuk
bungkil pada komposit polimer maka kekuatan
tarik juga akan meningkat. Kekuatan tarik
meningkat secara merata dari prosentase serbuk
bungkil jarak 0% hingga pada prosentase 50%.
Hal ini disebabkan oleh penambahan serbuk
bungkil sebagai campuran akan menjadikan
komposit polimer bertambah getas sehingga
menyebabkan kekuatan tarik dari komposit
polimer akan meningkat.
4.3 Pengaruh Variasi Ukuran Serbuk
Bungkil Biji Jarak Pagar Terhadap
Kekuatan Kejut
Hubungan antara pengaruh variasi serbuk
bungkil biji jarak terhadap kekuatan kejut dapat
dilihat pada gambar 3 berikut ini
Kekuatan Kejut (kg.mm/m2)
Grafik Hubungan Kekuatan Kejut
dan Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
2
1.6
1.2
0.8
0.4
Gambar 4 Grafik Hubungan antara beban dan Variasi
Ukuran Serbuk Bungkil
Dari gambar 4 di atas dapat dianalisis bahwa
semakin besar ukuran serbuk bungkil maka
kekuatan tarik akan semakin besar. Hal ini
disebabkan pada komposit polimer yang berisi filler
berukuran kecil yaitu 0,315-0,355µm memiliki
jumlah serbuk yang paling banyak dalam suatu
ruang tertentu sehingga menyebabkan kekuatan
ikatan antara serbuk bungkil dan komposit polimer
semakin kecil. Seiring dengan bertambahnya besar
serat filler , yaitu pada filler 0,355-0,415 µm
kekuatan tarik akan
semakin meningkat
dikarenakan
ikatan antara filler dengan
polypropylene semakin kuat dan material semakin
getas.
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Ukuran Serbuk Bungkil ( µm )
kekuatan kejut
Power (kekuatan kejut)
Gambar 3 Grafik Hubungan antara kekuatan kejut
dan Variasi ukuran Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa
semakin besar ukuran serat bungkil maka
kekuatan kejut akan semakin rendah. Ukuran
serbuk komposit polimer yang berukuran kecil
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Dari pengujian impact didapat bahwa semakin
tinggi prosentase bungkil jarak, maka kekuatan
impact akan meningkat. Namun penambahan
prosentase bungkil jarak pada prosentase
tertentu akan menyebabkan
penurunan
kekuatan impact yang dikarenakan kurang
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
12
Department. Ferest Products. Program.
Edmonton, Alberta.
homogen campuran yang dihasilkan antara
filler dengan komposit polimer.
2. Dari pengujian impact didapat bahwa
semakin besar ukuran filler , maka kekuatan
impact akan menurun. Hal ini disebabkan
semakin kecil luasan ikatan antara filler
dengan polimer yang menyebabkan
kerekatannya semakin berkurang sehingga
kekuatan impact-nya semakin kecil.
3. Dari pengujian tarik didapat bahwa
semakin tinggi prosentase bungkil jarak,
maka kekuatan tarik akan meningkat. Hal
ini disebabkan pada penambahan bungkil
jarak menyebabkan komposit polimer yang
getas dan kekerasan yang dikandung juga
besar, sehingga pada pengujian tarik
kekuatan tarik akan semakin meningkat.
4. Dari pengujian tarik didapat bahwa
semakin besar ukuran serat bungkil jarak,
maka kekuatan tarik akan semakin
meningkat. Hal ini disebabkan pada
semakin besar ukuran serat maka kekuatan
antar partikel yaitu filler dengan komposit
akan semakin kuat sehingga kekuatan
tariknya meningkat.
5.2 Saran
1. Pada penggunaan mesin injection moulding
sebaiknya tekanan dan suhu dapat dijaga
(dikontrol) supaya dihasilkan spesimen
sesuai dengan standar testing material.
2. Pada penggunaan mesin uji tarik dan uji
impact sebaiknya menggunakan mesin
yang sesuai dengan standar plastic testing
machine.
3. Pada pemilihan serbuk bungkil sebaiknya
menggunakan serbuk yang masih baru
supaya dihasilkan filler yang baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Agung, et.,al .2006. Penggunaan bagasse
(ampas tebu) sebagai serat penguat dalam
komposit yang menggunakan matriks
polypropylene (PP) terhadap tensile
strength dan melting temperature dari
komposit. Universitas Brawijaya Fakultas
Teknik
Jurusan
Mesin:
Tidak
Dipublikasikan.
[2] Albert Research Council. 1987.
Dimensional Stabilization State of the Art
Review. FP 2.4.1. Industrial Technologies
[3] Answer
Corporation.
2007.
http://www.answers.com/topic/thermosettingplastic diunduh 2 Desember 2010
[4] ASTM. 1997.ASTM D638 Tensile Properties
ofPlastics.
[5] ASTM. 1997.ASTM D 5942, Standard Test
Methode for Determoning Charpy Impact
Strength of Plastic.
[6] Djaprie Sriati. 1991. Teknologi Bahan. Jilid 1.
Penerbit Erlangga. Jakarta
[7]
ESDM, 2005, Bungkil Biji Jarak Pagar ,
http://portal.djlpe.esdm.go.id diunduh 2
Desember 2010.
[8] German M.R. Powder Metallurgy Science.
Metal Powder Industrie Federation. New
Jersey.
[9] Gibson,
Ronald.1994.
Principles
of
composite material. NewYork:Mc Graw
Hill.
[10] Gubitz, G. M., Mittelbach M. and Trabi M.
1999. “Exploitation of The Tropical Seed
Plant Jathropa curcas L.”, Bioresource
Technology 67: 73-82, Graz, Austria.
[11] Hashemi. S, Elmes P. Sanford. 1997. Effect on
Mechanical Properties on Polyoxymethylene.
Brookfiel center, Polymer Engineering and
science.
[12] Ismunandar. 2003. Biokomposit Komposit
Hijau untuk Bahan Otomotif.
[13] Matthews F. L. And R. D. Rowling 1994.
Composite Material Engineering Science
Technology and Medicine, Chopman & Hall.
London.
[14] Metallurgy Science Corporation.,
2006,”Composite Materail,
http://en.wikipedia.org/wiki/Composite_mater
ial
[15] Retno Wati. 2006. Pemanfaatan serbuk sekam
padi dan resin (poliester dan polystiren).
Skripsi tidak diterbitkan. Jurusan F. MIPA.
Unibraw.
[16] Schwartz Mel M. 1996. Composite Material.
Properties Nondestructuive Testing and
Repair . Prentire Hall. New Jersey.
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
13
8
PENGARUH BESAR BUNGKIL BIJI JARAK PAGAR SEBAGAI
FILLER PADA KOMPOSIT POLIMER POLYPROPYLENE
TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN KEJUT
Adhes Gamayel1 dan Adi Winarta2
Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Jakarta 1
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bali 2
Email: [email protected]
Abstrak: Plastik memiliki kelebihan dibanding dengan material lain yaitu mampu cetak dengan
baik, ringan, mudah didapat dan harganya murah. Agar didapatkan kekuatan plastik yang tinggi,
dalam proses pembuatannya perlu ditambahkan pengisi (filler) sebagai penguat. Material yang terdiri
dari penguat yang diikat dengan polimer disebut dengan material komposit. Pengisi (filler) yang
ditambahkan ke dalam polimer bertujuan untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya.
Pohon jarak yang dewasa ini semakin gencar ditanam misalnya untuk pembuatan biodiesel, dll.,
banyak menyisakan bungkil yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan penguat komposit polimer. Selain itu
juga kandungan dari bungkil jarak yang mengandung lignin sebagai bahan penguat. Pada pengujian
komposit polimer bungkil jarak didapat bahwa prosentase bungkil jarak dan besar ukuran filler akan
berpengaruh pada kekuatan mekanik suatu komposit polimer.
Kata kunci: filler, komposit, polimer, jarak pagar.
Abstract: Plastic has advantages being apposed to other materials for its precise molding ability,
lightness, accessibility, as well as cheapness. However, it needs filler as reinforcement during its process
in order to produce stronger plastic. The materials consisting of reinforcement bound with polymer is
called composite material. The filler added into polymer function to increase its mechanical strenght.
Jatropha curcas (jarak pagar) which is more intensively grown recently for bio diesel purpose and
others leave oilcake that can be used as polymer composite reinforcement material. The test on jatropha
curcas oilcake polymer composite showed that oilcake percentage and its filler size will affect mechanical
strenght of polymer composite.
Keyword: filler,composite, polymer, jatropha curcas.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Penggunaan bahan plastik di masyarakat
saat ini sangat banyak. Agar
didapatkan
kekuatan plastik yang tinggi, dalam proses
pembuatannya perlu ditambahkan pengisi
(filler ) sebagai penguat. Penguat tersebut
dapat berupa serbuk atau serat. Material yang
terdiri dari penguat yang diikat dengan
polimer disebut dengan material komposit.
Pengisi (filler ) yang ditambahkan ke dalam
polimer
bertujuan untuk meningkatkan
kekuatan
mekanik seperti kekuatan kejut
(impact), kekuatan tarik (tensile strength),
kekuatan tekan, kekerasan, dan lain - lain.
Penambahan
serbuk
pada
pembuatan
komposit dapat mempengaruhi sifat komposit
terutama sifat kimia, sifat mekanik dan sifat
fisik.
Proses ekstraksi biji jarak menghasilkan
produk berupa minyak dan bungkil. Bungkil
biji jarak pagar dimanfaatkan sebagai pakan
ternak dan bahan pupuk. Bungkil biji jarak
pagar memiliki kadar serat sebesar 35,95% dan
lignin sebesar 24,61% yang di dalamnya
terkandung bahan lignoselulosa yang terdiri dari
serat – serat selulosa yang diselimuti matrik.
Bahan lignoselulosa
adalah penyusun bahan
dengan sifat kaku dan kuat.
Berdasarkan latar belakang di atas, perlu
dilakukan studi mengenai pemanfaatan serbuk
bungkil jarak pagar sebagai penguat pada komposit
polimer.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat ditarik
suatu rumusan masalah sebagai berikut:
”Bagaimanakah pengaruh besar serat bungkil
biji jarak pagar sebagai filler pada material suatu
komposit terhadap kekuatan tarik (tensile strength)
dan kekuatan kejut (impact)”.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh besar serat bungkil biji jarak
pagar terhadap kekuatan tarik (Tensile Strength)
dan kekuatan kejut (Impact) komposit polimer.
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari kegiatan penelitian ini adalah:
a. Mengetahui kegunaan lain dari bungkil biji
jarak pagar sebagai penguat
dalam
material komposit.
b. Dapat mengurangi pencemaran lingkungan
dengan adanya biokomposit ini.
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Material Komposit
Material komposit didefinisikan sebagai
kombinasi antara dua material atau lebih yang
berbeda bentuk, komposisi kimia, dan tidak
saling melarutkan antar material. Material yang
satu berfungsi sebagai penguat dan material
yang lain berfungsi sebagai pengikat untuk
menjaga kesatuan unsur-unsurnya. Sedangkan
penggabungan dua atau lebih material dengan
pengisi (filler) dari bahan-bahan alami disebut
dengan biokomposit. Dalam penyusunan
komposit, salah satu material penyusun dapat
ditentukan fraksi volume untuk mendapatkan
sifat akhir yang diinginkan. Secara umum
terdapat dua kategori material penyusun
komposit yaitu matriks dan reinforcement.
Keunggulan bahan komposit adalah dapat
memberikan sifat – sifat mekanik terbaik yang
dimiliki oleh komponen
penyusunnya.
Keuntungan penggunaan material komposit
adalah:
1. Bobotnya yang ringan jika dibandingkan
dengan material logam, tetapi memiliki
kekuatan yang hampir sama.
2. Tahan korosi
3. Ekonomis
4. Tidak sensitif terhadap bahan-bahan
kimia
2.2 Pengisi (Filler)
Pengisi atau filler adalah bahan yang
ditambahkan pada resin untuk meningkatkan
sifat mekanik dan sifat fisik. Pengisi juga
berfungsi sebagai penguat pada matrik.
2.2.1 Serbuk Bungkil Biji Jarak Pagar
Sebagai Pengisi (Filler)
Jarak pagar (Jatropha curcas L.) termasuk
famili Euphorbiaceae yang potensial sebagai
tanaman penghasil minyak. Biji pada tanaman
jarak
pagar yang
telah diekstraksi
menghasilkan minyak dan bungkil. Bungkil ini
memiliki kandungan
serat
dan
lignin,
sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan
penguat dalam pembuatan material komposit.
Hal ini karena lignin yang terdapat dalam
bungkil
mengandung
lignoselulosa yang
diselaputi oleh matrik. terdiri dari serat-serat
selulosa yang diselaputi oleh matrik. Serat
inilah yang menimbulkan sifat kuat dan
9
kaku. Bungkil biji jarak pagar dalam bentuk
serbuk kecil direkatkan dengan resin. Pembuatan
komposit dengan menggunakan matrik dapat
meningkatkan efisiensi pemanfaatan bungkil biji
jarak pagar sebagai produk yang inovatif. Produk
yang
berlignoselulosa non
kayu
memiliki
keunggulan seperti biaya produksi murah,
kerapatan rendah, bersifat biodegradable serta
sifat-sifat tahan korosi dan ringan.
2.3 Teori Ikatan Penguat terhadap Komposit
Matrik
Ikatan yang terjadi pada material komposit
di antara matrik dan penguatnya antara lain :
a) Ikatan Mekanik (Mechanical Bonding)
Matrik cair menyebar ke seluruh permukaan
penguat pengisi (filler ) dan mengisi setiap
lekuk dari permukaan sehingga terjadi
mekanisme saling mengunci. Semakin kasar
permukaan penguat semakin kuat ikatan
yang terbentuk.
b) Ikatan elektrostatis (Electrostatic Bonding)
Ikatan ini terjadi antara matrik dan penguat
ketika salah satu permukaan mempunyai
muatan positif dan permukaan lainnya
mempunyai muatan negatif sehingga akan
terjadi
tarik menarik
antar
kedua
permukaan.
c) Ikatan kimia (Chemical Bonding)
Ikatan kimia adalah ikatan yang terbentuk
antara kelompok kimia pada permukaan
penguat dan kelompok yang sesuai pada
matrik, sehingga
kekuatan
ikatannya
tergantung pada jumlah ikatan perluasan
dan tipe dari ikatan itu.
d) Ikatan reaksi
Atom atau molekul dari dua komponen
dalam komposit dapat bereaksi pada
permukaannya sehingga terjadi ikatan
reaksi dan membentuk lapisan permukaan
yang mempunyai sifat berbeda dari kedua
komponen komposit tersebut. Ikatan ini
dapat terjadi karena adanya difusi atomatom permukaan dari komponen komposit
yang terjadi pada suhu tinggi.
2.4 Metode Pembuatan Komposit
Terdapat tiga macam metode yang dapat
digunakan untuk membuat komposit, yaitu:
1. Injection Moulding
Proses injeksi dilakukan dengan cara
memberikan tekanan injeksi pada bahan
plastik yang telah meleleh oleh sejumlah
energi panas untuk dimasukkan kedalam
cetakan sehingga dapat dibentuk yang
diinginkan. Kelebihannya adalah tingkat
produksi tinggi, dihasilkan produk tanpa
proses pengerjaan akhir, dapat mencetak
produk yang sama, produk ukuran kecil
dapat dibuat dan ongkos produksi murah
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
2.5 Hipotesis
Bahan lignoselulosa yang terkandung dalam
bungkil biji jarak pagar menyebabkan sifat
kaku dan kuat. Kandungan serat selulosa
pada bungkil biji jarak pagar lebih banyak
daripada
bahan biokomposit
yang lain,
sehingga akan didapat kekuatan mekanik
yang lebih baik.
Semakin besar prosentase serat bungkil jarak
pagar yang ditambahkan pada komposit polimer
diduga mekanisnya juga semakin meningkat.
Semakin kecil ukuran serat bungkil jarak
pagar yang ditambahkan pada polimer diduga
kekuatan mekanisnya akan meningkat.
perulangan sebanyak tiga kali, sehingga dari tiga
variabel bebas dan dua variabel terikat
membutuhkan 18 spesimen.
Dari table tersebut di atas, kemudian dibuat
grafik hubungan antara
1. Kekuatan Kejut dan Variasi Prosentase
Serbuk Bungkil
2. Kekuatan Tarik dan Variasi Prosentase
Serbuk Bungkil
3. Kekuatan Kejut dan Variasi Ukuran Serbuk
Bungkil
4. Kekuatan Tarik dan Variasi Ukuran Serbuk
Bungkil
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengaruh Prosentase Serbuk Bungkil Biji
Jarak Pagar Terhadap Kekuatan Kejut
Hubungan antara pengaruh prosentase serbuk
bungkil biji jarak terhadap kekuatan kejut dapat
dilihat pada gambar 1 di bawah ini
Hubungan Kekuatan Kejut dan Prosentase Serat Bungkil
2
Kekuatan Kejut (kg.m m /m 2)
2. Spray Up
Dalam pembuatan komposit dengan
metode spray Up ini menggunakan alat
penyemprot. Alat penyemprot tersebut
berisi resin dan pengisi yang secara
bersamaan disemprot kedalam cetakan.
3. Hand Lay Up
Proses pembuatan komposit dengan
metode Hand Lay Up merupakan
pembuatan komposit dengan metode
lapisan demi lapisan sampai diperoleh
ketebalan yang diinginkan. Setiap lapisan
berisi
matrik
dan
filler . Setelah
memperoleh ketebalan yang diinginkan
digunakan roller untuk meratakan dan
menghilangkan udara yang terjebak di
atasnya.
10
1.6
1.2
0.8
0.4
0
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Prosentase Serat Bungkil
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Variabel Penelitian
a. Variabel Bebas
1. Perbandingan besar fraksi volume
penambahan bungkil jarak pada
polimer sebesar 0, 10%, 20%, 30%,
40%, dan 50 %
2. Besar ukuran serbuk jarak
dari
bungkil biji jarak pagar sebesar
0,315-0,355µm, 0,355-0,415µm dan
0,415- 0,600 µm
b. Variabel Terkontrol
1. Tekanan injeksi konstan 80 (Psi)
2. Temperatur injeksi konstan 200 ̊C
c. Variabel Terikat
1. Kekuatan Tarik (N/mm2)
2. Kekuatan Kejut (kg/mm2)
3.2 Rancangan Penelitian
Penelitian dengan variabel prosentase serat
bungkil melakukan pengambilan data sebanyak
3 kali, sehingga membutuhkan 30 spesimen
untuk mendapatkan variabel terikat.
Pada penelitian dengan variabel besar
ukuran bungkil, data diambil menggunakan
Kekuatan Kejut
Poly. (Kekuatan Kejut)
Gambar 1 Grafik Hubungan antara Kekuatan Kejut dan
Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa
kekuatan kejut akan meningkat seiring dengan
meningkatnya kadar prosentase serat bungkil pada
komposit polimer. Kekuatan kejut terbesar
didapatkan pada prosentase serat bungkil jarak
pagar sebanyak 30%. Pada prosentase 0%, polimer
yang terbentuk adalah polimer murni yang masih
homogen sehingga ikatan antar molekulnya masih
kuat, sedangkan pada prosentase 30%, terjadi
keseimbangan campuran pada penambahan serbuk
bungkil sehingga didapat komposit polimer yang
homogen. Pada prosentase di atas 30%, kekuatan
kejut semakin menurun dikarenakan penambahan
serat bungkil yang terlalu banyak menyebabkan
komposit polimer menjadi tidak homogen sehingga
ikatan antar molekul yang bercampur sudah tidak
kuat lagi.
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
11
4.2 Pengaruh Prosentase Serbuk Bungkil Biji
Jarak Pagar Terhadap Kekuatan Tarik
Hubungan antara pengaruh prosentase
serbuk bungkil biji jarak terhadap kekuatan tarik
dapat dilihat pada gambar 2 di bawah ini
2)
Kekuatan Tarik (kg.mm/m
Hubungan Kekuatan Tarik dan Prosentase Serat Bungkil
7
6
5
4
3
2
yaitu 0,315-0,355µm memiliki jumlah serbuk
terbanyak dibandingkan ukuran serbuk 0,355-0,415
µm dan 0,415-0,600 µm saat menempati suatu
ruang yang sama. Dengan jumlah serbuk yang
relatif lebih banyak dan tersebar lebih merata maka
ikatan antara serbuk dan komposit polimer menjadi
lebih besar sehingga menyebabkan kekuatan kejut
juga semakin besar. Dengan bertambahnya ukuran
serbuk, maka jumlah serbuk relatif lebih sedikit
serta mengakibatkan ikatan antara serbuk dan
polimer menjadi semakin kecil sehingga kekuatan
kejut akan semakin menurun
1
0
0%
10%
20%
30%
40%
50%
Prosentase Serat Bungkil
Kekuatan Tarik
4.4 Pengaruh Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
Biji Jarak Pagar Terhadap Beban
Poly. (Kekuatan Tarik)
Gambar 2 Grafik Hubungan antara kekuatan tarik dan
Variasi Prosentase Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa
semakin bertambahnya prosentase serbuk
bungkil pada komposit polimer maka kekuatan
tarik juga akan meningkat. Kekuatan tarik
meningkat secara merata dari prosentase serbuk
bungkil jarak 0% hingga pada prosentase 50%.
Hal ini disebabkan oleh penambahan serbuk
bungkil sebagai campuran akan menjadikan
komposit polimer bertambah getas sehingga
menyebabkan kekuatan tarik dari komposit
polimer akan meningkat.
4.3 Pengaruh Variasi Ukuran Serbuk
Bungkil Biji Jarak Pagar Terhadap
Kekuatan Kejut
Hubungan antara pengaruh variasi serbuk
bungkil biji jarak terhadap kekuatan kejut dapat
dilihat pada gambar 3 berikut ini
Kekuatan Kejut (kg.mm/m2)
Grafik Hubungan Kekuatan Kejut
dan Variasi Ukuran Serbuk Bungkil
2
1.6
1.2
0.8
0.4
Gambar 4 Grafik Hubungan antara beban dan Variasi
Ukuran Serbuk Bungkil
Dari gambar 4 di atas dapat dianalisis bahwa
semakin besar ukuran serbuk bungkil maka
kekuatan tarik akan semakin besar. Hal ini
disebabkan pada komposit polimer yang berisi filler
berukuran kecil yaitu 0,315-0,355µm memiliki
jumlah serbuk yang paling banyak dalam suatu
ruang tertentu sehingga menyebabkan kekuatan
ikatan antara serbuk bungkil dan komposit polimer
semakin kecil. Seiring dengan bertambahnya besar
serat filler , yaitu pada filler 0,355-0,415 µm
kekuatan tarik akan
semakin meningkat
dikarenakan
ikatan antara filler dengan
polypropylene semakin kuat dan material semakin
getas.
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Ukuran Serbuk Bungkil ( µm )
kekuatan kejut
Power (kekuatan kejut)
Gambar 3 Grafik Hubungan antara kekuatan kejut
dan Variasi ukuran Serbuk Bungkil
Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa
semakin besar ukuran serat bungkil maka
kekuatan kejut akan semakin rendah. Ukuran
serbuk komposit polimer yang berukuran kecil
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Dari pengujian impact didapat bahwa semakin
tinggi prosentase bungkil jarak, maka kekuatan
impact akan meningkat. Namun penambahan
prosentase bungkil jarak pada prosentase
tertentu akan menyebabkan
penurunan
kekuatan impact yang dikarenakan kurang
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
12
Department. Ferest Products. Program.
Edmonton, Alberta.
homogen campuran yang dihasilkan antara
filler dengan komposit polimer.
2. Dari pengujian impact didapat bahwa
semakin besar ukuran filler , maka kekuatan
impact akan menurun. Hal ini disebabkan
semakin kecil luasan ikatan antara filler
dengan polimer yang menyebabkan
kerekatannya semakin berkurang sehingga
kekuatan impact-nya semakin kecil.
3. Dari pengujian tarik didapat bahwa
semakin tinggi prosentase bungkil jarak,
maka kekuatan tarik akan meningkat. Hal
ini disebabkan pada penambahan bungkil
jarak menyebabkan komposit polimer yang
getas dan kekerasan yang dikandung juga
besar, sehingga pada pengujian tarik
kekuatan tarik akan semakin meningkat.
4. Dari pengujian tarik didapat bahwa
semakin besar ukuran serat bungkil jarak,
maka kekuatan tarik akan semakin
meningkat. Hal ini disebabkan pada
semakin besar ukuran serat maka kekuatan
antar partikel yaitu filler dengan komposit
akan semakin kuat sehingga kekuatan
tariknya meningkat.
5.2 Saran
1. Pada penggunaan mesin injection moulding
sebaiknya tekanan dan suhu dapat dijaga
(dikontrol) supaya dihasilkan spesimen
sesuai dengan standar testing material.
2. Pada penggunaan mesin uji tarik dan uji
impact sebaiknya menggunakan mesin
yang sesuai dengan standar plastic testing
machine.
3. Pada pemilihan serbuk bungkil sebaiknya
menggunakan serbuk yang masih baru
supaya dihasilkan filler yang baik.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Agung, et.,al .2006. Penggunaan bagasse
(ampas tebu) sebagai serat penguat dalam
komposit yang menggunakan matriks
polypropylene (PP) terhadap tensile
strength dan melting temperature dari
komposit. Universitas Brawijaya Fakultas
Teknik
Jurusan
Mesin:
Tidak
Dipublikasikan.
[2] Albert Research Council. 1987.
Dimensional Stabilization State of the Art
Review. FP 2.4.1. Industrial Technologies
[3] Answer
Corporation.
2007.
http://www.answers.com/topic/thermosettingplastic diunduh 2 Desember 2010
[4] ASTM. 1997.ASTM D638 Tensile Properties
ofPlastics.
[5] ASTM. 1997.ASTM D 5942, Standard Test
Methode for Determoning Charpy Impact
Strength of Plastic.
[6] Djaprie Sriati. 1991. Teknologi Bahan. Jilid 1.
Penerbit Erlangga. Jakarta
[7]
ESDM, 2005, Bungkil Biji Jarak Pagar ,
http://portal.djlpe.esdm.go.id diunduh 2
Desember 2010.
[8] German M.R. Powder Metallurgy Science.
Metal Powder Industrie Federation. New
Jersey.
[9] Gibson,
Ronald.1994.
Principles
of
composite material. NewYork:Mc Graw
Hill.
[10] Gubitz, G. M., Mittelbach M. and Trabi M.
1999. “Exploitation of The Tropical Seed
Plant Jathropa curcas L.”, Bioresource
Technology 67: 73-82, Graz, Austria.
[11] Hashemi. S, Elmes P. Sanford. 1997. Effect on
Mechanical Properties on Polyoxymethylene.
Brookfiel center, Polymer Engineering and
science.
[12] Ismunandar. 2003. Biokomposit Komposit
Hijau untuk Bahan Otomotif.
[13] Matthews F. L. And R. D. Rowling 1994.
Composite Material Engineering Science
Technology and Medicine, Chopman & Hall.
London.
[14] Metallurgy Science Corporation.,
2006,”Composite Materail,
http://en.wikipedia.org/wiki/Composite_mater
ial
[15] Retno Wati. 2006. Pemanfaatan serbuk sekam
padi dan resin (poliester dan polystiren).
Skripsi tidak diterbitkan. Jurusan F. MIPA.
Unibraw.
[16] Schwartz Mel M. 1996. Composite Material.
Properties Nondestructuive Testing and
Repair . Prentire Hall. New Jersey.
JURNAL LOGIC. VOL. 12. NO. 1. MARET 2012
13