makalah COIR komposit
-
Upload
khari-secario -
Category
Documents
-
view
725 -
download
1
Transcript of makalah COIR komposit
COIR COMPOSITE
M. Khari Secario
0606068392
DEPARTEMEN FISIKA, FAKULTAS MIPA
UNIVERSITAS INDONESIA, 2010
ABSTRAK
Komposit merupakan salah satu komponen dasar yang saat ini semakin diperlukan.
Hal ini dikarenakan sifat komposit yang semakin banyak digunakan dalam berbagai bidang.
Selain murah, sifat bahan yang didapatkannya banyak yang tidak bisa kita temui di alam.
Salah satu komposit yang cukup berpotensi adalah coir composite. Coir merupakan serat
kelapa yang digunakan sebagai filler dalam pembuatan composite. Selain karena banyak
ditemukan di pesisir pantai, khususnya daerah tropis, kebutuhannya sebagai pengganti kayu
layak dijadikan pertimbangan penggunaannya. Sayangnya, baru di India saja yang
memanfaatkan potensi coir composite ini. Padahal Indonesia sebagai negara penyumbang
pasokan kelapa dunia, dapat meningkatkan devisa dari coir composite ini.
PENDAHULUAN
Sebelum ditemukan cara pembuatan komposit, bahan alam menjadi satu-satunya
bahan utama yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan hidup akan fungsionalitas suatu
benda. Seperti ketika seseorang menggunakan besi sebagai kerangka suatu bangunan
karena dianggap kuat. Seiring perkembangan ilmu pengetahuan, ilmuwan menyadari
terdapat satu kekurangan dari penggunaan bahan-bahan alam. Seperti besi tadi, meski kuat
tapi sifatnya yang cukup berat tentu sangat menyulitkan. Apalagi ketika kita berurusan
dengan pembuatan rangka pesawat terbang. Hingga pada satu saat mulai dikenalah alkimia,
yaitu proses pencampuran beberapa bahan alam menjadi satu bahan baru.
Komposit, secara komponen penyusunnya, merupakan perpaduan dua atau lebih
unsur kimia. Begitu pula dengan alloy, yang juga merupakan perpaduan dua atau lebih
unsur. Namun yang perlu diperhatikan pada alloy, bahwa ia merupakan pencampuran dua
atau lebih unsur kimia namun memiliki variasi jumlah atom penyusun yang berbeda.
Sedangkan komposit merupakan pencampuran dua atau lebih unsur kimia yang memiliki
struktur kristal berbeda. Misalnya saja kita memiliki sebuah campuran dari Ti, Al, dan N. Dari
komponen dasar tersebut, kita dapat membuat alloy dengan komposisi TiAlxNy. Dimana nilai
x dan y merupakan faktor variabel yang dapat kita ubah-ubah. Namun pada komposit,
komposisinya didapatkan dengan mencampurkan TiAlN dengan Si3N4.
Kenapa kita memerlukan komposit?
Dalam praktiknya, kita tanpa sadar
sebenarnya sudah menggunakan komposit
dalam kehidupan sehari-hari. Seperti yang
sudah dijelaskan sebelumnya bahwa
komposit digunakan karena sifat
fungsionalitasnya. Semakin teknologi
semakin canggih, kita membutuhkan bahan
dengan kemampuan yang semakin baik
namun dengan beban yang semakin
berkurang. Kualitas suatu benda dapat Gambar 1 Contoh komposit pada keramik
menjadi lebih baik dengan penggunaan komposit. Selain itu kita juga dapat memperoleh
sifat fisis yang berbeda yang mungkin tidak bisa kita dapatkan dari bahan alam.
Keterbatasan bahan alam juga menjadi salah satu alasan penggunaan komposit.
Beberapa keuntungan yang bisa kita dapatkan dari penggunaan komposit adalah
sifatnya yang mampu menahan benturan, kikisan, ataupun karat. Dalam beberapa aplikasi
seperti rangka pesawat terbang, kerapatan suatu bahan komposit menjadi pertimbangan
utama. Dengan begitu, rangka pesawat yang kuat bisa didapatkan tanpa harus menambah
berat pesawat. Komposit juga diketahui memiliki daya tahan yang sangat baik. Sehingga
dalam penggunaannya dapat mengurangi biaya secara signifikan.
Meski komposit tersusun atas dua atau lebih fase atau struktur kristal, komposit
tetap memiliki elemen utama dan elemen pendukung. Elemen utama penyusun komposit
dikenal dengan nama filler. Biasanya berupa fiber sebagai kerangka. Elemen pendukung
dikenal dengan nama matrix. Matrix ini cendrung berfungsi sebagai perekat dan penyokong
bahan komposit. Dalam beberapa contoh komposit, filler seringkali ditemui lebih sedikit
daripada matrixnya itu sendiri.
Secara struktur bahan, komposit memiliki dua struktur utama: lamina dan sandwich.
Lamina merupakan susunan komposit dengan membuat ragam arah filler dalam sudut
tertentu. Umumnya digunakan pola 0o dan
90o sebagai pola penyusunan lamina.
Lamina sering kita temui pada papan triplek.
Sedangkan sandwich panel merupakan
susunan komposit yang berbeda. Analogi
sederhana yang dapat digunakan untuk
menjelaskan sandwich panel adalah wafer
sandwich coklat. Dimana pada sandwich
panel tiap lapisannya merupakan komposit
yang berbeda jenis.
Gambar 2 struktur lamia komposit pada kayu lapis (triplek)
COIR COMPOSITE
Kelapa merupakan tanaman yang dikenal kaya manfaat sejak dulu. Tidak ada
satupun bagian dari kelapa yang tidak dapat digunakan. Salah satu bagian kelapa yang
belakangan diketahui dapat dimanfaatkan dalam pembuatan komposit adalah serabut
kelapanya. Umumnya serabut kelapa digunakan hanya sebatas sabut cuci atau sebagai
sumbu pembakar untuk obor atau kompor tradisional. Di beberapa tempat, sabut ini juga
digunakan untuk bahan pembuat tali karena sifatnya yang kuat. Serabut kelapa ini kemudian
mulai dilirik untuk dibuat menjadi komposit demi mendapatkan sifat yang lebih baik.
Beberapa alasan kenapa coir composite mulai dikembangkan:
Ketersediaan kelapa sebagai sumber yang melimpah
Pengganti kayu yang ramah lingkungan
Bebas biaya perawatan dan mampu menghemat biaya cukup banyak
Memiliki specific strength dan stiffness yang tinggi
Tahan terhadap korosi, air, kimia, dan keadaan atmosfer
Tahan terhadap serangga dan rayap
Daya tahan yang cukup tinggi dan waktu pakai yang lebih lama
Desain yang dihasilkan tidak merusak estetika
Kuat
Tahan api dan panas
Bersahabat bagi tukang kayu karena mampu menahan paku dan sekrup dengan
cukup baik.
Terdapat beragam komponen penyusun untuk pembuatan coir composite. Namun yang
akan lebih dibahas pada paper ini adalah penyusunan coir composite dari coir dan
polypropylene. Dalam pembuatan coir composite, tidak dilakukan dengan asal mencampur
satu bahan filler dengan bahan matrix begitu saja. Mulai dari proses pembersihan serabut,
proses kimia hingga pengolahan bentuknya harus dilalui untuk mendapatkan hasil komposit
yang baik. Meski begitu, tahapan yang dijelaskan pada paper ini bukan merupakan proses
pasti yang harus ada. Kenyataannya, proses pembuatan coir composite sangat beragam.
Cleaning Process
Umumnya pembersihan dilakukan pada akhir proses. Namun pada pembuatan coir
composite proses pembersihan justru dilakukan pada tahapan awal. Kenapa kita
membutuhkan proses pembersihan ini? Serabut kelapa merupakan polimer alami. Seperti
halnya makhluk hidup lainnya, tanaman seperti kelapa, memiliki lapisan lemak yang berada
pada tubuhnya. Tanpa terkecuali serabut kelapa pun memiliki lapisan lemak. Lapisan lemak
ini bersifat licin dan dapat mengurangi kekuatan ikatan antara serabut kelapa sebagai filler
dengan matrix kompositnya. Oleh karena itu proses pembersihan dilakukan lebih dulu untuk
membuang lapisan lemak terluar dari serabut kelapa.
Beberapa metode diajukan oleh A.K. Mohanty, mulai dari yang sederhana hingga
yang sedikit kompleks. Yang paling sederhana adalah merendamnya dengan air panas. Air
yang digunakan disini semata hanya distilled water saja tanpa campuran apapun. Hasil yang
didapat dari proses perendaman ini akan meningkatkan flextural strength dari serabut
kelapa. Cara kedua yang diajukan adalah Soxhelt Extraction. Proses ini melibatkan campuran
acetone, distilled water, dan ethanol benzene. Sedangkan cara ketiga adalah dewaxing.
Proses dewaxing melibatkan campuran acetone dan larutan detergen hangat.
Fibre Chem Threatment
Proses ini merupakan proses “perawatan” serabut secara kimia. Pada proses awal,
kita hanya mampu untuk membuang lapisan lemak terluar. Hasil serabut dari cleaning
process tidak sepenuhnya murni serabut saja. Pada proses Fibre Chem ini, kita mencoba
untuk membuang lapisan lignin dan hemicellulose sehingga didapatkan serabut dengan
kemampuan menyusun kembali fibril. Selain itu diharapkan juga dapat membuang lapisan
silika dan serbuk-serbuk dari serabut. Dengan membuang silika dan serbuk, ikatan antara
matrix dan filler menjadi lebih baik. Hasil fiber yang diharapkan dari proses Fibre Chem ini
adalah serabut dengan kerapatan yang lebih rendah. Hal ini tentu dimungkinkan karena
beberapa lapisan lemak di sekeliling serabut sudah kita buang. Hasil uji menunjukkan proses
ini mampu meningkatkan kemampuan menahan tensile deformation.
Beberapa metode Fibre Chem yang sering dipakai adalah menggunakan NaOH
karena dianggap sebagai metode yang paling sederhana dan efektif. Nilai optimalnya
didapatkan dengan menggunakan konsentrasi 0.5-20% untuk waktu proses yang dilakukan
selama 15-96 jam. Metode Fibre Chem lain sudah dilakukan oleh beberapa orang. Rohatgi
menyatakan bahwa proses Fibre Chem yang dilakukan selama 72 jam pada 5% NaOH akan
menghasilkan nilai (Ultimate Tensile Strength) UTS yang paling baik. Sedangkan Fibre Chem
yang dilakukan selama 96 jam pada 5% NaOH akan menghasilkan nilai tensile modulus yang
paling baik. Sedangkan Mohanty menyatakan bahwa proses Fibre Chem selama 1 jam pada
2% NaOH akan menghasilkan nilai UTS optimum ketika serabut kelapa diproses menjadi
komposit. Sedangkan jika dilakukan selama 1 jam pada 5% NaOH akan menghasilkan nilai
flextural properties yang paling baik.
Chemical Modification
Setelah kedua proses sebelumnya, kita akan memperoleh serabut kelapa yang
hampir murni. Artinya, kita berusaha untuk mengurangi semaksimal mungkin lapisan lemak
yang dapat mengganggu ikatan yang terbentuk antara filler dengan matrix. Satu hal yang
perlu diingat bahwa ikatan serabut kelapa sebagai filler dengan polimer sebagai matrix
sebenarnya tidak terlalu kuat. Oleh karena itu diperlukan chemical modification untuk
menjembatani ikatan atara filler dan matrix dari coir composite kita. Meski begitu, tidak
banyak sumber yang menyebutkan mengenai proses chemical modification ini.
Salah satu metode chemical modification yang sering dipakai adalah impregnation.
Fiber (filler) dimasukkan ke dalam larutan polimer yang sesuai dengan polimer yang
terdapat dalam matrix yang digunakan. Berdasarkan A. Valadex-Gonzaleza, penggunaan
larutan Xylene-HDPE menjadi salah satu alternatif bahan yang dapat digunakan.
Kekurangannya hanya pada sifat racun dari larutan tersebut.
Metode lainnya dari chemical modification adalah Asetilation. Fiber direaksikan
dengan acetic anhydride. Reaksi dilakukan pada temperatur 100oC-120oC dalam sebuah
chamber selama 3 jam. Reaksi dapat dilakukan dengan atau tanpa katalis asam asetat.
Manufacturing Process
VACUUM INJECTION TECHNOLOGY
Pada proses vacuum injection, lembaran matrix dan filler diletakkan dalam sebuah
cetakan besar sesuai dengan benda yang ingin dibentuk. Setelah matrix dan filler diletakkan
dalam cetakan, seluruh bagiannya ditutup dengan vacuum seal dan dipastikan tidak ada
udara yang berada di dalam cetakkan. Kemudian, pada salah satu celah yang telah
disediakan, dialirkan resin kedalam cetakkan hingga seluruh matrix dan filler tertutupi oleh
resin. Setelah resin mengering, matrix dan filler kemudian diangkat dari cetakan.
Dengan metode vacuum injection semacam ini, kita bisa mendapatkan bahan
komposit dengan mudah untuk bentuk yang kita inginkan. Selain itu metode ini berguna
saat kita ingin membuat komponen dengan bahan komposit dengan ukuran yang cukup
besar.
Bagan 1 Gambaran sederhana proses vacuum injection
Gambar 3 Contoh pembuatan komposit dengan menggunakan metode vacuum injection
LATEX DAN MONOMER IMPREGNATION
Pada proses ini, lembaran coir dicelupkan terlebih dahulu di dalam larutan
monomer. Sebelum mengeras, lembaran yang telah dicelupkan ini kemudian dipasang pada
mesin cetak berupa alat press dengan cetakan alumunium di bagian bawahnya. Lembaran
coir ini kemudian dibiarkan mengeras dalam bentuk yang sesuai dengan cetakan yang
digunakan. Proses ini baik digunakan untuk membuat hasil cetak dengan ukuran yang tidak
terlalu besar. Dalam produksi massal, proses ini sering digunakan.
Gambar 4 Mesin press yang digunakan pada monomer impregnation
Gambar 5 Proses monomer impregnation sebelum dan sesudah di pres
LFT PROCESSING
Pada LFT processing, serabut kelapa yang belum diolah menjadi lembaran, dicampur
dengan polypropylene fiber untuk kemudian dimasukkan kedalam chamber. Di chamber ini,
kedua bahan tersebut kemudian dipress dalam temperatur tinggi untuk menghasilkan
bentuk cetak yang diinginkan. LFT processing semacam ini banyak digunakan untuk
membuat benda dengan bentuk seperti kerucut/cone. Kelemahan dari LFT processing ini
adalah kurang kuatnya ikatan antara serabut kelapa dengan polypropylene fibre.
Gambar 6 LFT Processing
Manufacturing Properties
Dari tiga jenis processing yang telah dijelaskan diatas, berikut ditampilkan pada tabel
1 perbandingan ketiga process pembuatan. Sedangkan nilai perbandingan coir composite
dengan bahan lainnya dapat dilihat pada tabel 2. Sebagai perbandingan, dilakukan proses
pembuatan dengan menyertakan sebagian dan keseluruhan proses pembuatan coir
composite. Hasil komposit yang didapatkan bisa dilihat pada tabel 3. Sedangkan pada tabel
4 diberikan perbandingan kekuatan dari beberapa komposit sejenis yang umum digunakan.
Tabel 2 Tabel perbandingan bahan serabut kelapa dengan bahan lain
Tabel 1 Tabel perbandingan ketiga process manufacturing
Tabel 3 Tabel hasil komposit untuk beberapa macam proses yang diikut sertakan
Tabel 4 Tabel hasil perbandingan lembaran coir composite dengan lembaran komposit lainnya
PROSPEK
Prospek dari coir composite ini cukup banyak yang bisa digali. Hampir seluruhnya
dikembangkan di India. Beberapa diantaranya yang dapat kita ambil sebagai contoh:
Cocolawn
Cocolawn merupakan media tanam yang memanfaatkan penggunaan coir composite
sebagai dasarnya. Biasanya ditanam rumput alas di bagian atasnya. Cocolawn dapat
dijadikan sebagai “taman lipat” untuk memudahkan vegetasi di pekarangan rumah.
Greenhouse
Bahan coir composite dapat dijadikan sebagai dinding greenhouse. Coir composite yang
digunakan disini bukan lempeng tebal yang dibuat pada proses pembuatan yang telah
dijelaskan. Coir composite ini hanya berupa lembaran tipis.
Geotextile, revegetation & Slope Stabilization
Coir composite ini dapat digunakan untuk melakukan vegetasi lahan miring dan berbatu.
Sehingga selain memperkuat tanah, juga dapat meningkatkan daya serap tanah tersebut
dan mengurangi longsor. Selain itu, dapat pula digunakan tanpa vegetasi untuk memperkuat
lahan miring agar tidak mudah longsor.
Road Reinforcement
Jika digunakan sebagai alas jalan, coir composite ini dapat digunakan untuk memperkuat
jalan yang akan diaspal atau cor.
Rumah Tahan Gempa
Penggunaan coir composite sebagai dinding dapat membantu membuat sebuah bangunan
tahan gempa. Hal ini sangat berguna untuk daerah Indonesia yang statusnya rawan gempa.
Interior dan Eksterior
Coir composite juga dapat digunakan sebagai bahan interior dan eksterior sebuah bangunan
atau badan komponen otomotif karena sifat ringan dan kuatnya.
PROSPEK INDONESIA SECARA GLOBAL
Dari segi luas area perkebunan kelapa dunia, Indonesia, Filipina, dan Sri Lanka
menyumbang 77% areanya. Sedangkan dari segi produksi kelapa dunia, Indonesia, Filipina,
dan Sri Lanka menyumbang 78% produksi dunia. Angka tersebut tentu bukan angka yang
kecil, mengingat daerah Asia Tenggara merupakan wilayah kepulauan tropis terbesar dunia,
khususnya Indonesia. Dari bagan 2 kita bisa melihat bahwa Indonesia menempati peringkat
pertama dengan sumbangsin 27% dari produksi kelapa dunia. Jika kita bisa memanfaatkan
limbah hasil produksi kelapa tersebut, tentu bisnis coir composite ini bisa menjadi tambahan
devisa bagi negara.
Gambar 7 Peta persebaran wilayah perkebunan kelapa dunia
Bagan 2 Prosentase produksi kelapa dunia tiap negara
PENUTUP
Dari hasil pembahasan paper saya, dapat disimpulkan bahwa serabut kelapa
merupakan salah satu komponen penting yang dapat diolah menjadi komposit. Komposit
yang dihasilkan dikenal dengan sebutan coir composite. Coir composite ini juga bisa menjadi
devisa negara dengan produksi kelapa kita yang menyumbang 27% produksi kelapa dunia.
Langkah selanjutnya yang dapat dilakukan adalah dengan memanfaatkan peluang
semaksimal mungkin. Karena biar bagaimanapun setiap limbah buangan dapat menjadi
sumber devisa tergantung bagaimana kita memikirkan penerapannya yang baik. Selain itu,
isu global warming maupun eco-friendly bukan menjadi isu hambatan untuk pengembangan
coir composite karena dari awalnya coir composite adalah produk yang ramah lingkungan.