PENGARUH PERBANDINGAN KOMPOSISI ISIAN (filler) DAN WAKTU PERENDAMAN

SERAT DALAM PEMBUATAN KOMPOSIT DARI LIMBAH SERBUK GERGAJI KAYU

DAN SERAT PELEPAH PISANG (Musa sp.)

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

ROSYIDAH NUR HIDAYATI

D 500 130 136

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

i

ii

1

PENGARUH PERBANDINGAN KOMPOSISI ISIAN (filler) DAN WAKTU PERENDAMAN SERAT DALAM PEMBUATAN KOMPOSIT DARI LIMBAH SERBUK GERGAJI KAYU

DAN SERAT PELEPAH PISANG (Musa sp.)

Abstrak

Komposit merupakan gabungan dari dua buah material atau lebih untuk membentuk material baru yang lebih bermanfaat. Pada era modern ini, penggunaan komposit banyak dikembangkan dalam dunia manufaktur dan kebutuhan rumah tangga antara lain meja, box speaker, hiasan dinding, dan lainnya. Kelebihan dari komposit yaitu ringan, tahan korosi, tahan air, dll. Pada penelitian ini bahan isian yang digunakan untuk membuat komposit yaitu serbuk gergaji kayu dan serat pelepah pisang dengan matrik resin epoxy. Variable yang dipelajari adalah variasi waktu perendaman serat (20, 30, dan 40 menit) dan variasi komposisi bahan isian (filler) serbuk gergaji kayu dengan serat pelepah pisang dengan perbandingan 10:30 , 15:25 , 20:20 , 25:15 , 30:10. Dilakukan pengambilan 3 sampel secara acak yaitu didapatkan perbandingan 10:30 , 20:20 , dan 30:10. Analisis komposit meliputi pengujian densitas dan pengujian tarik dengan standart ASTM D638. Hasil yang didapatkan yaitu kekuatan tarik maksimum pada specimen dengan perbandingan 30:10 sebesar 6,3 Mpa, 4,35 Mpa untuk spesimen dengan perbandingan 10:30, dan 2.8 Mpa untuk spesimen dengan perbandingan 20:20.

Kata Kunci: komposit, serat pisang, gergaji kayu, resin epoxy, uji tarik

Abstract A composite is a combination of two or more materials to form a new material which is more useful. In this modern era, the use of composite is mainly developed in the manufacturing area and household needs including table, box speakers, wall hangings, and more. The advantages of composites are lightweight, corrosion resistant, waterproof, etc. In this research the filler materials used to create composite were sawdust wood and fibre stem of banana leaf with a matrix of epoxy resins. The variables studied were soaking time variations of fiber (20, 30, and 40 minutes) and variations in the composition of the filler material, i.e. wood sawdust with the stem of banana leaf fibers by comparison of 10:30, 15:25, 20:20, 25:15, 30:10. The samples were taken randomly from the comparisons of the 10:30, 20:20, and 30:10. The composite analysis included testing the density and tensile testing with standard ASTM D638. The results obtained were the maximum tensile strength with a ratio of 30:10 specimens of 6.3 Mpa, 4.35 Mpa for specimens with a ratio of 10:30, and 2.8 Mpa for specimens with a ratio of 20:20.

Keywords: composite, banana fiber, chainsaw wood, epoxy resins, tensile test

2

1. PENDAHULUAN

Kebutuhan kayu untuk industri perkayuan di Indonesia diperkirakan sebesar 70 juta m3 per

tahun dengan kenaikan rata-rata sebesar 14,2% per tahun sedangkan produksi kayu bulat diperkirakan

hanya sebesar 25 juta m3 per tahun, dengan demikian terjadi defisit sebesar 45 juta m3 (Priyono, 2001).

Hal tersebut meninggalkan limbah berupa serbuk gergaji kayu yang menyebabkan berbagai masalah

lingkungan seperti polusi udara, emisi gas dan rumah kaca. Oleh karena itu, penanganan serbuk

gergaji semakin diperhatikan dalam beberapa tahun terakhir. Serbuk gergaji biasanya dikembangkan

sebagai adsorben dan bahan bakar. Disamping itu, serbuk gergaji potensial sebagai bahan isian

komposit, filler polimer, dan kompos atau pupuk (Dai, D & M. Fan, 2015).

Pada era modern ini penggunaan material komposit banyak dikembangkan dalam dunia

manufaktur. Penggunaan komposit yang ramah lingkungan dan bisa didaur ulang kembali, merupakan

tuntutan teknologi saat ini. Penggunaan produk komposit dari limbah serbuk gergaji kayu ini cukup

luas. Definisi komposit dalam lingkup ilmu material adalah gabungan dua buah material atau lebih

yang digabung pada skala makroskopis untuk membentuk material baru yang lebih bermanfaat, ini

berbeda dengan alloy / paduan yang digabung secara mikroskopis (Jones, 1975).

Selain dari limbah serbuk gergaji kayu, komposisi dari komposit dapat berupa serat alami

maupun sintetis. Indonesia merupakan negara yang terkenal dengan penghasil serat alami yang didapat

dari tanaman rami, kapuk, sabut kelapa, sisal, daun nanas, pelepah pisang, dan yang lainnya.

Di lingkungan sekitar banyak sekali dijumpai tanaman pisang. Pemanfaatan dari tanaman

pisang kurang optimal. Tanaman pisang biasanya meninggalkan limbah berupa pohon/pelepah pisang.

Limbah ini umumnya hanya dibiarkan begitu saja hingga membusuk. Padahal, didalam limbah

pelepah pisang ini terdapat serat alami yang dapat dimanfaatkan untuk pembuatan komposit sebagai

bahan isian (filler). Hal ini dapat digunakan untuk meningkatkan nilai ekonomis dari pelepah pisang

tersebut. Serat batang pohon pisang memiliki kekuatan tarik tinggi, tahan terhadap busuk dan memiliki

kekuatan lentur tertentu mirip dengan serat kaca. Serat batang pohon pisang merupakan serat alami

pertama yang memenuhi persyaratan kualitas yang ketat untuk komponen yang digunakan pada bagian

luar kendaraan, terutama mengenai ketahanan terhadap serangan batu, paparan elemen dan

kelembaban (Mamun A.A. dkk., 2015).

Kosjoko dkk. (2011), dalam penelitian pengaruh waktu perlakuan Kalium Permanganate

(KMnO4) terhadap sifat mekanik komposit serat purun tikus (Eleocharis dulcis) mendapatkan hasil

3

kuat tarik paling optimal pada waktu perendaman serat dalam 2% KMnO4 15 menit fraksi volume

20%, 30% dan 40% serat purun tikus.

2. METODE

Pembuatan komposit dari limbah serbuk gergaji kayu dan serat pelepah pisang dilakukan

variasi perbandingan komposisi isian (filler) dan waktu perendaman serat. Bahan baku yang digunakan

yaitu: aquades, KMnO4, pelumas, resin epoxy, resin hardener, serat pelepah batang pisang, dan serbuk

gergaji kayu. Sedangkan alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: blender, cawan porselin,

cetakan specimen, cutter, gelas beker, kompor, magnetic stirrer, mika astralon, oven, pengaduk,

penjepit, pinset, screening, timbangan, dan wadah.

2.1 Persiapan Bahan Baku

Serbuk gergaji kayu dijemur di bawah sinar matahari kemudian dihaluskan menggunakan blender dan

di ayak dengan ukuran 100 mesh. Selanjutnya ditimbang dengan perhitungan yang telah ditentukan.

Serat pelepah pisang diambil dari pohon pisang selanjutnya di-roll untuk mengurangi kadar air dan

menghancurkan daging dari pelepah pisang sampai serat mulai terlihat. Setelah didapatkan serat

pelepah pisang, serat dihaluskan menggunakan blender dan di-treatment menggunakan larutan KMnO4

yang bertujuan untuk meminimalisir kadar hemiselulosa, lignin, atau pektin dan untuk meningkatkan

kekasaran permukaan serat agar menghasilkan mechanical interlocking yang lebih baik antara serat

dengan matrik. Dengan waktu masing-masing perendaman 10, 15, 20, 25, dan 30 menit. Selanjutnya

dikeringkan di dalam oven selama kurang lebih 20 menit dengan suhu 100°C atau sampai serat kering.

Selanjutnya serat kering ditimbang sesuai dengan perhitungan yang telah ditentukan.

2.1.1 Gambar Rangkaian Alat

4

Gambar 1. Alat cetak specimen uji tarik.

2.2 Pencampuran Bahan

Setelah semua bahan baku disiapkan, proses selanjutnya yaitu pencampuran bahan baku. Serbuk

gergaji kayu dan serat pelepah pisang yang sudah ditimbang dicampur dengan perbandingan isian yaitu

10:30 ; 15:25 ; 20:20 ; 25:15 ; 30:10 dalam satu wadah dengan resin epoxy, dengan perbandingan resin

epoxy dengan resin hardener 1:1. Campuran diaduk sampai homogen.

2.3 Persiapan Cetakan

Cetakan komposit terbuat dari kaca akrilik. Cetakan dilumasi margarin dan mika astralon, selanjutnya

bahan-bahan yang sudah dicampur dituang lalu diratakan dan di-press menggunakan mesin press atau

penjepit. Komposit didiamkan selama 3 jam, kemudian dilepas dari cetakan dan dijemur di bawah sinar

matahari.

2.4 Pengumpulan dan Analisis Data

Setelah komposit kering dilakukan pengujian densitas, dengan menggunakan massa dan volume

specimen dan pengujian tarik. Tujuan utama dilakukan pengujian tarik material untuk menganalisa

respon material pada saat dikenakan beban atau deformasi terhadap pembebanan statis yang diberikan

dan memprediksi performa material di bawah kondisi pembebanan. Pengujian tarik dilakukan dengan

menggunakan mesin tarik Universal Testing Machine untuk mendapatkan karakteristik sifat material

terhadap beban tarik (tensile).

5

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Pengaruh komposisi isian dan waktu perendaman serat terhadap kekuatan tarik

Tabel 1. Hubungan pengaruh komposisi isian dan waktu perendaman serat terhadap kekuatan tarik

Keterangan:

1. 20-A : Waktu perendaman KMnO4 20 menit, komposisi 10% serbuk gergaji kayu : 30% serat

pelepah pisang.

2. 30-B : Waktu perendaman KMnO4 30 menit, komposisi 20% serbuk gergaji kayu : 20% serat

pelepah pisang.

3. 40-C : Waktu perendaman KMnO4 40 menit, komposisi 30% serbuk gergaji kayu : 10% serat

pelepah pisang.

Kuat tarik komposit hasil penelitian jika dibandingankan dengan kuat tarik papan partikel

mempunyai nilai yang lebih besar karena kuat tarik papan partikel menurut SNI 03-2105-1996: Mutu

Papan Partikel, minimal = 3,0 kg/cm2 atau sama dengan 2,942 MPa (Nurhajati dkk., 2003).

Pada tabel diatas didapatkan hasil kekuatan tarik tertinggi pada specimen 40-C dengan variasi

komposisi isian 30% serbuk gergaji kayu : 10% serat pelepah pisang yakni sebesar 6,3 MPa. Hal

tersebut dikarenakan lebih banyaknya isian berupa serbuk gergaji kayu dengan ukuran partikel 100

mesh. Dengan ukuran yang sangat kecil akan mampu mengisi ruang – ruang kosong yang ada dalam

komposit sehingga meminimalisir adanya rongga – rongga yang akan menurunkan nilai kekuatan tarik.

Dengan semakin sedikitnya rongga maka kekuatan tarik yang dihasilkan akan semakin tinggi. Selain

serbuk gergaji kayu, serat pelepah pisang juga berperan dalam tingginya kekuatan tarik. Serat pelepah

pisang berfungsi sebagai bahan penguat yang mempunyai kemampuan menahan beban yang mengenai

komposit.

Kekuatan tarik terendah terjadi pada campuran isian dengan kompositi 20% serbuk gergaji kayu

No. Variasi Specimen Kekuatan Tarik (MPa)

1. 20-A 4,35

2. 30-B 2,8

3. 40-C 6,3

6

: 20% serat pelepah pisang yakni sebesar 2,8 MPa. Hal ini terjadi karena kegagalan atau patahan

bermula dari komposit yang terdapat void. Jika dalam proses pembuatan specimen, penuangan resin

kurang merata akan dapat mengakibatkan banyaknya void yang dapat mengurangi kekuatan komposit.

Hal ini juga disebabkan karena perbandingan dari isian yang sama dan mengalami penurunan pada

kekuatan tarik. Penataan serat juga mempengaruhi turunnya kekuatan tarik pada komposit.

Untuk perlakuan bahan dengan perendaman serat menggunakan 2% KMnO4 yang di dapatkan

dari jurnal waktu paling efektif yaitu perendaman selama 15 menit (Kosjoko dkk., 2011), namun pada

penelitian yang dihasilkan kekuatan tarik paling besar yaitu terjadi pada perendaman 2% KMnO4 waktu

40 menit. Hal ini dikarenakan interface serat – matrik kurang kuat maka beban tarik yang hanya

ditahan oleh matrik saja. Sedangkan volume matrik sudah berkurang akibat penambahan serat. Dengan

kata lain kekuatan komposit hanya terletak pada matrik saja. Bahan dan volume yang digunakan oleh

penelitian yang terdahulu berbeda yaitu berupa serat tanaman purun tikus (Eleocharis dulcis) dan

variasi volume 20%, 30% daan 40%.

3.2 Pengaruh komposisi isian dan waktu perendaman serat terhadap nilai Modulus Elastisitas

Tabel 2. Hubungan pengaruh komposisi isian dan waktu perendaman serat terhadap modulus elastisitas

Keterangan:

1. 20-A : Waktu perendaman KMnO4 20 menit, komposisi 10% serbuk gergaji kayu : 30% serat

pelepah pisang.

2. 30-B : Waktu perendaman KMnO4 30 menit, komposisi 20% serbuk gergaji kayu : 20% serat

pelepah pisang.

3. 40-C : Waktu perendaman KMnO4 40 menit, komposisi 30% serbuk gergaji kayu : 10% serat

pelepah pisang.

No. Variasi Specimen Modulus Elastisitas (Mpa)

1. 20-A 488,7640449

2. 30-B 341,4634146

3. 40-C 393,75

7

Dari tabel diatas didapatkan hasil modulus elastisitas tertinggi yaitu pada specimen 20-A

dengan waktu perendaman KMnO4 20 menit serta komposisi 10% serbuk gergaji kayu : 30% serat

pelepah pisang yakni sebesar 488,77 MPa. Modulus elastisitas merupakan perbandingan dari tegangan

dengan regangan. Hal ini terjadi karena komposisi isian serat paling tinggi terdapat pada specimen 20-

A yaitu sebesar 30%. Arah orientasi serat juga berperan penting dalam penguatan komposit, karena

arah orientasi berkaitan erat dengan penyebaran gaya yang bekerja pada komposit. Semakin besar

modulus elastisitas, maka semakin kecil regangan yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.

3.3 Pengaruh komposisi isian dan waktu perendaman serat terhadap nilai densitas

Tabel 3. Hubungan pengaruh komposisi isian dan waktu perendaman serat terhadap nilai densitas

Keterangan:

1. 20-A : Waktu perendaman KMnO4 20 menit, komposisi 10% serbuk gergaji kayu : 30% serat

pelepah pisang.

2. 30-B : Waktu perendaman KMnO4 30 menit, komposisi 20% serbuk gergaji kayu : 20% serat

pelepah pisang.

3. 40-C : Waktu perendaman KMnO4 40 menit, komposisi 30% serbuk gergaji kayu : 10% serat

pelepah pisang.

Tinggi rendahnya densitas berbanding lurus dengan prosen prioritas. Salah satu yang

mempengaruhi massa bahan adalah banyak sedikitnya porositas di dalam bahan tersebut. Porositas

dapat terjadi sebagai akibat masuknya atau terjebaknya udara saat proses berlangsung baik saat

pengadukan maupun saat pressing dimana cetakan tidak mampu membuang udara. Dalam gambar

diatas menunjukkan bahwa nilai densitas yang tertinggi yaitu pada specimen 20-A pada waktu

No. Variasi Specimen Densitas (g/cm3)

1. 20-A 1,3665

2. 30-B 1,166625

3. 40-C 1,077125

8

perendaman KMnO4 20 menit, komposisi 10% serbuk gergaji kayu : 30% serat pelepah pisang yakni

sebesar 1.36 g/cm3.

4. PENUTUP

Didapatkan kesimpulan bahwa semakin banyak isian berbentuk partikel maka akan semakin

kuat komposit yang dihasilkan. Karena isian berbentuk partikel dapat meminimalisir adanya void.

Pada penelitian yang dihasilkan kekuatan tarik paling besar yaitu terjadi pada perendaman 2% KMnO4

waktu 40 menit.

Dan juga arah orientasi serat berperan penting dalam penguatan komposit, karena arah orientasi

berkaitan erat dengan penyebaran gaya yang bekerja pada komposit. Hasil penelitian di dapatkan hasil

tertinggi pada specimen 20-A dengan waktu perendaman KMnO4 20 menit serta komposisi 10% serbuk

gergaji kayu : 30% serat pelepah pisang yakni sebesar 488,77 MPa.

PERSANTUNAN

Terimakasih kepada Eni Budiyati, S.T., M .Eng selaku dosen pembimbing dalam penelitian ini

yang dengan sabar dan bertanggung jawab membimbing penelitian kami.

DAFTAR PUSTAKA

Dai, D. & M. Fan, 2015. Preparation of bio-composite from wood sawdust and gypsum. Industrial

Crops & Products, 74, pp.417–424. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.05.036.

Jones R.M., 1975. Mechanics of Composite Materials. Washington D.C.;Mc Graw-Hill Kogakusha.

Kosjoko, A. A. Sonief. & Djoko Sutikno, 2011. Pengaruh Waktu Perlakuan Kalium Permanganate (

KMnO 4 ) Terhadap Sifat Mekanik Komposit Serat Purun Tikus ( Eleocharis Dulcis ). Jurnal

Rekayasa Mesin 2(3), pp.193–198.

Mamun A.A., H. P. Heim, O. Faruk, and A. K. Bledzki, 2015. The use of banana and abaca fibres as

reinforcements in composites. Banana and abaca fibres as reinforcements in composites, pp.236–

272.

Nurhajati, D.W., Yuniari, A. & Puji, B., 2003. Komposit dari sampah plastik fleksibel dan serbuk

gergaji. Majalah Kulit, Karet, dan Plastik 19(I).

Priyono, S. K. S., 2011. Komitmen Berbagai Pihak dalam Menanggulangi Illegal Logging. Konggres

9

Kehutanan Indonesia III