PENGARUH SIKLUS TERMAL TERHADAP …/Pengaruh... · Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH SIKLUS TERMAL TERHADAP KARAKTERISTIK MEKANIK

KOMPOSIT HDPE–SAMPAH ORGANIK

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana teknik

Oleh :

TRIONO KARSO I 1407036

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2013


commit to user

v

PENGARUH SIKLUS TERMAL TERHADAP KARAKTERISTIK MEKANIK

KOMPOSIT HDPE-SAMPAH ORGANIK

Triono Karso Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret, Surakarta [email protected]

Abstrak

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh siklus termal

terhadap karakteristik komposit HDPE-sampah organik berupa kekuatan lentur, kekuatan impak dan kekuatan geser tekan.

Komposit terbuat dari sampah HDPE dan sampah organik (daun dan ranting). Pembuatan spesimen menggunakan metode pressured sintering dengan tekanan 8,7 kPa, suhu sintering 120 ºC, waktu sintering 10 menit, dan fraksi volume HDPE 0.3. Komposit HDPE-sampah organik akan disiklus termal dengan variasi suhu 60, 70, 80, 90, 100 dan 110 °C dengan variasi siklus 100, 150, 200, dan 250 kali. Komposit hasil siklus termal akan diuji kekuatan mekaniknya berupa kekuatan lentur dan geser tekan yang mengacu pada ASTM D1037, dan impak yang mengacu pada ASTM D5941. Penelitian ini juga dilakukan pengamatan permukaan patah hasil uji bending dengan foto SEM (scanning electron microscopy).

Peningkatan suhu siklus dari 60-110 °C akan merusak ikatan antara material organik dan HDPE, berdampak pada penurunan nilai bending sebesar 56,93%, geser tekan 71,75% dan impak 74,33%. Variasi jumlah siklus dengan temperatur di bawah suhu softening mengakibatkan kerusakan ikatan yang lebih rendah dibandingkan suhu di atas softening. Penurunan untuk bending sebesar 29,38%, geser tekan 38,32% dan impak 55,66%. Kata kunci : Komposit, HDPE, sampah organik, pressured sintering, siklus termal


commit to user

vi

THE EFFECT OF THERMAL CYCLING ON MECHANICAL CHARACTERISTICS OF

HDPE-ORGANIC WASTE COMPOSITE

Triono Karso Department of Mechanical Engineering, Engineering Faculty

Sebelas Maret University, Surakarta [email protected]

Abstract

The aim of this research is to examine the effect of thermal cycling on the

characteristic of HDPE-organic waste composite including flexural strength, impact strength and shear press strength.

Composite is made from HDPE waste and organic waste (leaves and twigs). The composite was made by using the pressured sintering method. The pressured sintering process was conducted at 10 minutes sintering time, temperature of 120 °C with pressure of 8,7 kPa, and volume fraction of HDPE of 0.3. Thermal cycling of HDPE-organic waste composite use temperature range 60, 70, 80, 90, 100, 110 °C and variation of cycle 100, 150, 200, and 250 times. Thermal cycling composites are tested in the form of mechanical strength including the flexural strength and shear press referring to ASTM D1037, and impact referring to ASTM D5941. Besides, the research observed the fracture surface of bending test results by using SEM (scanning electron microscopy) photos.

Increased temperature of cycle 60-110 °C will break the bond between organic material and HDPE that affect the impairment for bending is 56.93%, for compression shear 71.75% and for impact is 74.33%. In variation number of cycle with temperature below temperature softening causes demage on the bond that is lower than the softening temperature. A decrease for bending is 29.38%, for compression shear is 38.32%, and for impact is 55.66%. Key words : composite, HDPE, organic waste, pressure sintering, thermal cycling


commit to user vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan

inayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan penulisan

skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar

Sarjana Teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

Penulis menyampaikan terima kasih yang sangat mendalam kepada

semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini,

khususnya kepada :

1. Mamahku Rudatin, Bapakku Karso, kakak-kakakku Wahid Dianto dan

Untung Wahyudi, serta adik-adikku tercinta Taufiq Hardiansyah dan

Yustika Setia Damayanti, terima kasih atas do’a, kasih sayang, dan

semangat yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT., selaku dosen pembimbing I yang

dengan ikhlas dan sabar memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan

penulisan skripsi ini.

3. Bapak Heru Sukanto, ST., MT., selaku dosen pembimbing II yang telah

memberikan banyak masukan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.

4. Bapak Wibowo, ST., MT., Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT. dan

Bapak Purwadi Joko Widodo, ST., M. Kom., selaku dosen penguji.

5. Bapak Rendy Adhi R., ST., MT., dan Bapak Tri Istanto, ST., MT., selaku

pembimbing akademik.

6. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah memberikan ilmu yang

sangat berguna bagi penulis.

7. Wisnu Adhi Permana Jati, teman seperjuangan penulis, terimaksih buat

kerjasama, dukungan dan semangatnya sehingga penulis dapat

menyelesaikan penulisan skripsi ini.

8. Muhamad Fandy Assydiqi ST., Didik Riyanto ST., Agung Ibnuwibowo ST.,

Heri Saputro ST., Tri Prasetyo ST., Pradipta Fajar Yuniarto ST., terima

kasih untuk kesempatan yang kalian berikan kepada penulis sehingga

penulis dapat mengambil skripsi tentang komposit.


commit to user viii

9. Gita Kusumajati yang telah memberi motifasi, dukungan dan semangat

untuk terus tetap berjuang dalam situasi apapun. Selalu sabar dan tidak

pernah berhenti memberi teguran dan masukan. Terima kasih juga atas

do’anya dan perhatianya, terima kasih banyak.

10. Keluarga Mas Gi dan Mba’ Mut, keponakanku Tiara dan Alghi, dan juga

untuk Lina terimakasih atas dukungan, do’a dan untuk semuanya.

11. Keluarga Pak Sarjono dan Bu Lestari, buat si Mbah, dek Maya dan dek

Nena, terimaksih untuk do’a dan dukungannya.

12. Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non Reguler UNS angkatan

2007 (Supardi ST., Khamdan M. ST., Sukma A. ST., Dani, Eko “karim”,

Eko “Pak Eko”, Bayu, Apriyan, Agus, Diky, Andry, Tri Haryono, Iva,

Mahalevi, Fandi), dan untuk semua teman-teman Teknik Mesin Reguler

tanpa terkecuali yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi.

13. Kakak tingkat Fakultas Teknik Mesin UNS angkatan 2005, dan 2006 (mas

Albert, mas Dhidit, mas Aji “Benot”, mas Arif, mas Tri Laksono, mas Dony,

dan semuanya tanpa terkecuali) yang telah memberikan semangat.

14. Teman-teman kos Widuri 3 (Halim, Boyo, dan Kucing) dan teman-teman

kos Djati Asli, yang telah mendukung dan terus memberikan motifasi

penulis harus dapat menyelesaikan skripsi, terima kasih untuk

kebersamaannya.

15. Bu Elisa, Mas Har, Pak Endras, & Semua Karyawan Fakultas Teknik terima

kasih karena selalu mau untuk penulis repotkan.

16. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan

dorongan semangat serta do’anya, terima kasih.

Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak

kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi

kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan

terima kasih.

Surakarta, Januari 2013

Penulis


commit to user ix

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ........................................................................................................... v KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang .................................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah .......................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ............................................................................... 2 1.4. Tujuan Penelitian .............................................................................. 3 1.5. Sistematika Penulisan ....................................................................... 3

BAB II. DASAR TEORI ..................................................................................... 4 2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................... 4 2.2. Teori Tentang Komposit ................................................................... 5

2.2.1. Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit ....................... 5 2.2.2. Matrik ....................................................................................... 7

2.2.3. Filler ......................................................................................... 9 2.2.4. Karakteristik Komposit ............................................................ 10

2.3. Sintering ............................................................................................ 14 2.4. Pencampuran Serbuk ......................................................................... 15 2.5. Potensi Sampah ................................................................................. 16

BAB III. METODE PENELITIAN ..................................................................... 18 3.1. Tempat Penelitian .............................................................................. 18 3.2. Bahan Penelitian ................................................................................ 18 3.3. Alat Penelitian ................................................................................... 19 3.4. Alat Uji .............................................................................................. 21 3.5. Parameter ........................................................................................... 22 3.6. Langkah Kerja Penelitian .................................................................. 23 3.7. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 27 3.8. Jadwal Penelitian ............................................................................... 28

BAB IV. HASIL DAN ANALISA ...................................................................... 29 4.1. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Karakteristik

Mekanik Komposit HDPE-Sampah Organik .................................... 29 4.1.1. Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah Organik ..... 29 4.1.2. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Kekuatan

Bending .................................................................................. 30 4.1.3. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Kekuatan

Geser Tekan ........................................................................... 33 4.1.4. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Kekuatan

Impak...................................................................................... 34 4.2. Pengaruh Variasi Jumlah Siklus Termla Terhadap Karakteristik

Mekanik Komposit HDPE-Sampah Organik .................................... 35 4.2.1. Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah Organik ..... 35


commit to user xii

4.2.2. Pengaruh Variasi Jumlah Siklus Termal Terhadap Kekuatan Bending .................................................................................. 37

4.2.3. Pengaruh Variasi Jumlah Siklus Termal Terhadap Kekuatan Geser Tekan ........................................................................... 39

4.2.4. Pengaruh Variasi Jumlah Siklus Termal Terhadap Kekuatan Impak ..................................................................................... 41

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 43 5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 43 5.2. Saran .................................................................................................. 43

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


commit to user 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan jaman sekarang akan pemakaian logam yang terus semakin

meningkat membuat ketersedian logam yang semakin menipis di alam, untuk itu di

butuhkan sebuah material alternatif yang bisa mewakili sifat-sifat dari logam tersebut,

karena alasan ini maka muncullah material baru yang disebut dengan material

komposit. Material komposit adalah material yang tersusun dari dua atau lebih

material yang bertujuan untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari

setiap material penyusunnya (kuat tetapi ringan). Militer Amerika Serikat adalah

pihak yang pertama kali mengembangkan dan memakai bahan komposit. Pesawat

AV-8D mempunyai kandungan bahan komposit 27% dalam struktur rangka pesawat

pawa awal tahu 1980-an. Penggunaan bahan komposit dalam skala besar pertama kali

terjadi pada tahun 1985. Ketika itu Airbus A320 pertama kali terbang dengan

stabiliser horisontal dan vertikal yang terbuat dari bahan komposit. Airbus telah

menggunakan komposit sampai dengan 15% dari berat total rangka pesawat untuk

seri A320, A330 dan A340 (William, J.C. 2003).

Komposit daur ulang merupakan salah satu jenis komposit yang banyak

dikembangkan, salah satu jenisnya adalah komposit daur ulang yang menggunakan

bahan dasar sampah organik dan anorganik. Sampah organik biasa digunakan sebagai

filler karena memiliki sifat ringan, mudah didaur ulang, tahan korosi, dan harganya

murah. Sementara sampah anorganik susah untuk terurai sehingga harus didaur ulang

agar dapat digunakan kembali dan tidak mencemari lingkungan. Dalam penelitian ini

digunakannya bahan dasar sampah organik dan anorganik karena sampah merupakan

permasalahan yang sangat serius di kota–kota besar. Salah satu contohnya seperti di

kota Solo, menurut petugas Dinas Kebersihan dan Pertamanan (DKP) kota Solo,

sampah yang di hasilkan pada hari biasa rata-rata mencapai 260 ton/hari, namun

jumlah ini akan terus meningkat 3-6 % saat hari libur (Subroto, 2012). Oleh karena

itu pembuatan komposit berbahan dasar sampah merupakan salah satu alternatif


commit to user

2

untuk mengurangi volume sampah kota, sampah organik (daun dan ranting) berfungsi

sebagai pengisi (filler) dan sampah anorganik (HDPE) berfungsi sebagai pengikat

(matriks).

Pembuatan material komposit dapat menggunakan beberapa metode, salah

satunya dengan metode pressured sintering. Pressured sintering adalah suatu proses

pengikatan partikel melalui proses pemanasan di bawah titik lebur yang dilakukan

selama proses penekanan (kompaksi). Material yang dihasilkan dengan metode ini

diharapkan memiliki sifat mekanik dan fisik yang lebih baik. Parameter yang

digunakan untuk mengendalikan proses sintering adalah laju pemanasan, suhu, dan

waktu sintering (Sugondo, 2000).

Beban termal dapat terjadi pada setiap komposit, beban termal timbul dari

perbedaan temperatur, atau dari sumber panas lain seperti kebakaran, panas dari

listrik, dan panas yang ditimbulkan dari mesin. Beban termal dapat terjadi secara

berulang-ulang hingga membentuk siklus termal. Mengingat komponen penyusun

komposit ini adalah material organik dan anorganik yang berpotensi mengalami

beban termal secara berulang (thermal cycling), maka sangatlah penting untuk

mengetahui efek dari beban termal yang berulang terhadap sifat mekanik dari

komposit dari komposit HDPE-sampah organik.

1.2 Perumusan Masalah

Bagaimana pengaruh siklus termal dengan variasi perubahan suhu dan

pengaruh jumlah siklus termal terhadap karakteristik mekanik komposit berbahan

dasar HDPE-sampah organik.

1.3 Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Distribusi serbuk HDPE, serbuk ranting dan serbuk daun yang digunakan

dalam pembuatan komposit ini dianggap merata selama proses

pencampuran.

b. Distribusi panas diasumsikan merata selama proses sintering.


commit to user

3

c. Panas yang diterima oleh komposit dianggap sama dan merata selama proses

siklus termal.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh siklus termal

terhadap karakteristik mekanik komposit HDPE-sampah organik berupa kekuatan

bending, kekuatan impak dan kekuatan geser tekan.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

a. Bab I Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, serta sistematika penulisan

Tugas Akhir.

b. Bab II Dasar teori, berisi tinjauan pustaka serta kajian teoritis yang memuat

penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan dengan

permasalahan yang diteliti.

c. Bab III Metode penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat

dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan

data.

d. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data

hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

e. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulan

merupakan jawaban dari tujuan penelitian dan pembuktian kebenaran

hipotesis. Saran berisi pertimbangan penulis yang ditujukan kepada para

peneliti yang ingin melanjutkan atau mengembangkan penelitian yang

sejenis.


commit to user 4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Termoplastik adalah jenis plastik yang dapat didaur ulang, termoplastik akan

melunak saat dipanaskan dan mengeras jika didinginkan dan proses ini bisa dilakukan

secara berulang (Asbhy. Dkk, 2007). HDPE (High Density Polyethylene) merupakan

salah satu jenis termoplastik yang penggunaannya sangat luas antara lain sebagai

kemasan makanan, minuman dan bahan kimia. Penggunan HDPE yang begitu luas

mengakibatkan peningkatan limbah plastik HDPE yang semakin tinggi dan jumlah ini

akan terus bertambah karena sifat plastik yang tidak mudah terurai secara alami yang

pada akhirnya dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Selain sampah plastik,

jenis limbah lain yang sering menimbulkan masalah adalah sampah organik.

Penelitian komposit HDPE-sampah organik dengan variasi suhu sintering

HDPE menghasilkan bahwa peningkatan suhu sintering dari suhu 105 °C sampai 127

°C akan menaikan kekuatan bending sebesar 171,6 % dan menyebabkan nilai resapan

air komposit HDPE-sampah organik turun sebesar 84,23 % (Riyanto, 2011).

Penelitian komposit HDPE-sampah organik dengan variasi penambahan fraksi

volume HDPE 20 % sampai dengan 50 % meningkatkan sifat fisik dan mekanik

material. Secara keseluruhan kekuatan lentur naik sebesar 135,52 %, kekuatan impak

naik sebesar 158,53 % dan densitas naik sebesar 31,97 % (Asshiddiqi, 2011).

Proses pressured sintering yang diberikan pada spesimen akan meningkatkan

jumlah ikatan antar serbuk plastik. Peningkatan jumlah ikatan dimulai pada suhu

sintering 120 °C karena pada suhu ini serbuk plastik mulai melunak dan mengalami

reposisi menempati ruang antar serbuk karet (Sukanto, 2008).

Variasi suhu yang semakin meningkat pada siklus termal dapat menurunkan

kekuatan mekanik komposit, hal ini sesuai dengan penelitian Cao S., Dkk (2009)

yang menunjukan bahwa kekuatan tarik serat karbon berkurang secara signifikan

dengan peningkatan suhu dari 16, 30, 55, 80, 120, 160 sampai 200 °C, pada suhu


commit to user

5

tinggi hibridisasi serat mampu mengurangi penurunan kekuatan tarik komposit

CFRP. Kemampuan energi serap komposit dengan matrik polimer berkurang seiring

dengan peningkatan temperatur perlakuan pada pengujian impak velocity, seperti

penelitian yang dilakukan oleh Aktas M., Dkk (2010) dengan menggunakan variasi

suhu 20, 60, dan 100 °C.

Peningkatan jumlah siklus termal yang diberikan pada komposit dengan

matrik epoxy dapat menyebabkan kerusakan ikatan antar muka yang dapat

menyebabkan terjadinya crack (retakan), hal ini sesuai dengan penelitian

Papanicolaou G.C., dkk (2009) yang mengkaji tentang pengaruh perlakuan panas

kejut (thermal shock) dengan variasi jumlah siklus 6, 12, 24, 36 dan 48 kali, hasil

penelitiannya menunjukan perlakuan thermal shock menyebabkan kegagalan

debonding pada matrik karena pengaruh thermal fatique, sedangkan untuk variasi

jumlah siklus ditemukan adanya kerusakan micro crack yang meningkat pesat dengan

bertambahnya jumlah siklus. Pernyataan tersebut dikuatkan oleh Surdia (2000), yang

menyatakan bahwa lamanya waktu berada pada temperatur tinggi juga dapat menjadi

satu penyebab menurunnya kekuatan polimer. Polimer dalam waktu yang lama

dengan temperatur rendah dapat mengakibatkan kerusakan, tetapi polimer dalam

waktu singkat pada temperatur yang lebih tinggi akan memberikan pengaruh

kerusakan yang lebih signifikan.

2.2. Teori Tentang Komposit

2.2.1. Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit

Menurut Gibson (1994) komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih

berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk

menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar

sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material

penyusun. Campuran tersebut akan menghasilkan material komposit yang

mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material

pembentuknya.


commit to user

6

Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material-material yang

menyusunnya. Dalam hal ini susunan struktur dan interaksi antar unsur-unsur

penyusunnya. Interaksi antar unsur-unsur penyusun komposit, yaitu serat dan matrik

sangat berpengaruh terhadap kekuatan ikatan antarmuka. Kekuatan ikatan antarmuka

yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam

penunjukan sifat-sifat mekanik komposit (Gibson, 1994).

Secara umum pengelompokan komposit dapat dibedakan menjadi dua, yang

pertama yaitu berdasarkan matrik dan yang kedua berdasarkan penguatnya.

Berdasarkan matriknya komposit dapat digolongkan menjadi tiga (Courney, 1983)

yaitu :

a) Komposit matrik logam (KML), yaitu logam sebagai matrik

b) Komposit matrik polimer (KMP), yaitu polimer sebagai matrik

c) Komposit matrik keramik (KMK), yaitu keramik sebagai matrik

Berdasarkan unsur penguatnya, menurut Courney (1983) dapat dibedakan menjadi

tiga :

a) Komposit partikel, yaitu penguatnya berbentuk partikel

Gambar 2.1. Komposit partikel (Courney, 1983)

b) Komposit serat, yaitu penguatnya berbentuk serat

Gambar 2.2. Komposit serat (Courney, 1983)


commit to user

7

c) Komposit struktur, yaitu cara penggabungan material komposit

Gambar 2.3. Komposit struktur (Courney, 1983)

Gambar 2.4. Pembagian komposit berdasarkan penguatnya (Courney, 1983).

2.2.2. Matrik (Pengikat)

Gibson (1994) mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit bisa

berasal dari bahan polimer, logam maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi

untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Fungsi dari matrik adalah

sebagai berikut :

- Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur

- Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan

- Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat

- Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan, dan tahanan

listrik


commit to user

8

Umumnya matriks terbuat dari bahan-bahan yang lunak dan liat. Polimer (plastik)

merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Polyester, vinilester dan epoksi

adalah bahan-bahan polimer yang sejak dahulu telah dipakai sebagai bahan matriks,

namun selain itu dapat juga digunakan bahan keramik dan logam. Polimer banyak

digunakan karena :

- Tidak korosif

- Ringan

- Mempunyai bentuk yang komplek

- Biaya murah

Persyaratan di bawah ini perlu dipenuhi sebagai bahan matriks untuk pencetakan

bahan komposit :

- Resin yang dipakai perlu memiliki viskositas rendah, dapat sesuai dengan

bahan penguat dan permeable.

- Dapat diukur pada temperatur kamar dalam waktu yang optimal.

- Mempunyai penyusutan yang kecil pada pengawetan.

- Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat.

- Mempunyai sifat baik dari bahan yang diawetkan.

Tidak ada bahan yang dapat memenuhi semua persyaratan di atas tetapi pada saat ini

paling banyak dipakai adalah polyester tak jenuh (Surdia, 2000).

Surdia (2000) mengatakan bahwa polimer adalah gabungan beberapa satuan

struktur (monomer) yang tersusun secara berulang-ulang dan diikat oleh gaya tarik

menarik yang kuat yang disebut ikatan kovalen. Jenis polimer yang umum ada dua

yaitu polimer termoset (polimer yang tidak dapat didaur ulang) dan polimer

termoplastik (polimer yang dapat didaur ulang). Proses pembuatan polimer ini

disebut polimerisasi, yang melibatkan energi panas dan katalisator untuk memisahkan

ikatan dalam suatu molekul agar dapat terjadi ikatan dengan molekul-molekul lain

yang sejenis (Billmeyer, 1994).

High Density Polyethylene (HDPE) merupakan polimer termoplastik yang

dibuat dari petroleum, untuk membuat 1 kg HDPE dibutuhkan 1,75 kg petroleum.

HDPE memiliki daerah kristalisasi yang lebih luas dari LDPE (Low Density


commit to user

9

Polyethylene). HDPE dengan rantai yang lebih sedikit dari LDPE, memiliki bagian

kristal yang lebih besar, sehingga densitasnya lebih besar dan kekuatan tarik yang

lebih tinggi dari LDPE. Sedikitnya cabang dipengaruhi oleh pemakaian katalis yang

tepat (contoh katalis Ziegler-Natta) dan kondisi reaksi. HDPE juga lebih keras dan

tahan temperatur tinggi (120 °C untuk waktu yang singkat, dan 110 °C untuk waktu

kontinyu (http://id.scribd.com/doc/6646896/High-Density-Polyethylene-2, 26 Januari

2013).

Gambar 2.5. Simbol daur ulang HDPE

HDPE sangat tahan terhadap bahan kimia sehingga memiliki aplikasi yang

luas, diantaranya :

- Sistem perpipaan transfer panas bumi

- Sistem perpipaan gas bumi

- Pipa air

- Pembungkus kabel

Selain itu HDPE juga memiliki sifat ketahan impak cukup baik, memiliki ketahanan

terhadap suhu, stabil terhadap oksidasi udara, tetapi tidak tahan terhadap sinar

matahari (corneliusse, 2002).

2.2.3. Filler (Pengisi)

Filler merupakan komponen di dalam material komposit yang bertujuan untuk

memperbaiki sifat mekanik dari bahan matrik yang digunakan komposit tersebut.

Komposit polimer yang diisi dengan filler banyak dikembangkan karena aplikasinya

digunakan untuk meningkatkan kekerasan (hardness) dan modulus elastisitas, tetapi


commit to user

10

juga dapat dilakukan modifikasi terhadap nilai kekuatan (strength), ketangguhan

(toughness), stabilitas, konduktivitas panas dan listrik. Interaksi keberadaan partikel

di dalam matrik polimer terlihat pada perilaku mekanisnya seperti kekuatan,

kekakuan, kekerasan.

Beberapa penelitian dilakukan untuk mengurangi kelemahan yang terjadi pada

komposit resin, salah satu usahanya adalah dengan menggunakan filler fiber, filler

dapat juga berperan dalam memperbaiki sifat mekanik seperti fracture toughness.

filler di dalam komposit resin sangat besar peranannya yaitu sebagai penguat dan juga

sebagai penghambat retakan yang terjadi pada matrik. Kandungan filler

dipertimbangakan sebagai faktor yang sangat penting dalam meningkatkan fracture

toughness komposit resin sehingga penambahan filler banyak diteliti untuk

meningkatkan kekuatan komposit resin (Sundari, 2009).

Pengisi dapat dibagi atas pengisi organik dan anorganik. Contoh pengisi dari

bahan anorganik adalah serat kaca, serat kevlar, silica, kalsium, mika, dll. Sedangkan

contoh dari pengisi dari bahan organik adalah sekam padi, sagu, kotoran gergaji,

daun, ranting, dll. Penggunaan bahan organik sebagai pengisi banyak digunakan

misalnya seperti yang dilakukan Ariawan, dkk (2008) komposit sampah kota dengan

matrik pati kanji dan unsaturated polyester. Bahan organik digunakan karena relatif

murah, mudah didapat, mudah didaur ulang dan lebih ramah lingkungan

dibandingkan pengisi dari bahan anorganik.

2.2.4. Karakteristik Komposit

Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda, hal

ini menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara pengisi dan matrik. Umumnya

pada semua bahan komposit terdapat dua bahan yang berlainan yang dipisahkan oleh

antara muka bahan-bahan tersebut. Ikatan antar muka pengisi–matriks berfungsi

untuk memindahkan beban dari matrik ke penguat (pengisi). Kemampuan

pemindahan beban ke penguat tergantung dari daya ikat yang muncul pada antar

muka komposit. Kemampuan tersebut dapat dihitung dengan berbagai rumus untuk

mengetahui nilai dari sifat-sifat komposit yang dihasilkan.


commit to user

11

· Densitas

Densitas merupakan indikator penting kemampuan suatu komposit. Hal ini

menggambarkan seluruh efek dari sifat material. Rumus untuk menghitung densitas :

= v

m…...........................….....................……........………….....…………........ (2.1)

dengan, = Densitas (kg/m3)

m = massa (kg)

v = volume (m3)

· Bending

Kekuatan bending adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima

akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Pada

bagian atas spesimen akan mengalami desakan, dan bagian bawah akan mengalami

tegangan tarik. Komposit akan mengalami patah pada bagian bawah yang disebabkan

karena tidak mampu menahan tegangan tarik yang diterima. Rumus perhitungan

kekuatan bending mengacu pada ASTM D-1037 dengan bentuk dan gambar spesimen

seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Three point bending (Sumber : ASTM D-1037)

Kekuatan bending ini ditentukan oleh MOR (Modulus of Rupture). Rumus

untuk menghitung MOR:

MOR = 223bdPL ………………..........………………………………....…...……....(2.2)

L

b

P

d


commit to user

12

dengan, MOR = modulus of rupture ( pembebanan dari tengah), MPa

P = beban bending (N)

L = panjang span (mm)

b = lebar spesimen (mm)

d = tebal spesimen (mm)

· Impak Izod

Kekuatan impak diketahui dengan terlebih dahulu dihitung energi yang

diserap oleh benda (W), yaitu selisih energi potensial pendulum sebelum dan sesudah

mengenai benda. Rumus perhitungan kekuatan impact izod untuk komposit

berpenguat plastik mengacu pada ASTM D-5941.

Gambar 2.7. Sudut impak (Modul panduan impak izod)

– .............…(2.3)

dengan, W = Energi yang diserap (J)

w = berat pendulum (N)

= m . g

R = jarak dari pusat rotasi pendulum ke pusat massa (m)

= sudut pantul lengan ayun (°)

sudut naik awal lengan ayun (°)

Spesimen

Pendulum


commit to user

13

Kondisi pendulum diayunkan bebas (tanpa mengenai benda uji) sudut pantul lengan

ayun lebih kecil daripada sudut naiknya berarti terdapat gesekan, maka nilai W

dikurangi dengan energi gesekan (Wgesek). Persamaan untuk menghitung energi total

yang diserap oleh benda (W) adalah :

W = Wspesimen – Wgesek

– ................................................................... (2.4)

dengan, = sudut pantul lengan ayun tanpa mengenai benda

Perhitungan nilai kekuatan impak benda uji adalah sebagai berikut:

310´´

=bh

Wa iU ( )2m

J …....…………............................................……….(2.5)

dengan, h = ketebalan benda uji (m)

b = lebar benda uji (m)

· Geser Tekan

Bentuk dan ukuran spesimen uji geser tekan mengacu pada standar uji ASTM

D-1037.

Gambar 2.8. Pengujian geser tekan (Sumber : ASTM D-1037)

Perhitungan untuk menentukan tegangan geser maksimum adalah:

......……...….…………….……………...…………………………(2.6) A

P

.2=

P


commit to user

14

dengan, = tegangan geser maksimum (MPa)

P = beban maksimum (N)

A = luas penampang spesimen (mm2)

2.3. Sintering

Sintering adalah pengikatan antara partikel-partikel serbuk pada suhu tinggi.

Proses sintering dapat terjadi melalui mekanisme transport atom pada kondisi padat,

pada beberapa kasus juga melibatkan fase cair. Proses sintering melalui pergerakan

atom akan mengurangi energi permukaan (surface energy) antar partikel. Energi

permukaan per unit volume berbanding terbalik dengan diameter partikel. Sedangkan

energi permukaan tergantung dari luas permukaan. Oleh karena itu, partikel serbuk

dengan luas permukaan spesifik yang lebih tinggi akan memiliki energi permukaan

yang lebih tinggi pula dan akan memepercepat proses sintering. Luas permukaan

spesifik adalah luas permukaan serbuk dibagi dengan massa serbuk (German, 1994).

Gambar 2.9 memperlihatkan skema penyusutan pori-pori antar partikel serbuk

selama proses sintering. Pada kondisi awal adalah kondisi setelah kompaksi, yaitu

masih terdapat pori-pori antar partikel serbuk. Awal proses sintering mulai terjadi

pengikatan antar partikel serbuk sehingga pori-pori mulai mengecil.

Gambar 2.9. Skema penyusutan pori selama proses sintering (Sumber : German, 1994).

Area kontak antara partikel serbuk akan membesar jika proses sintering terus

berlanjut, hal ini disebabkan karena adanya tekanan selama proses kompaksi dan

partikel serbuk mulai mengalami perubahan fase menjadi lebih lunak, dan ketika

material sudah pada kondisi suhu ruang akan menghasilkan ikatan yang lebih kuat,


commit to user

15

selain membentuk ikatan antar partikel, siklus sintering diharapkan dapat

menyeragamkan campuran serbuk dan mengurangi porositas. Proses sintering

berpengaruh besar dalam menentukan sifat produk, antara lain kekuatan produk,

kekerasan, keuletan, konduktifitas panas dan listrik.

Dampak proses kompaksi terhadap hasil sintering adalah berkurangnya pori-

pori, serta menambah luas area kontak antar partikel, sehingga sifat material hasil

proses sintering akan mengalami peningkatan kekuatan, densitas, serta berkurangnya

penyusutan saat proses sintering. Serbuk HDPE pada suhu 120°C sudah mulai

melunak karena pada suhu tersebut plastik sudah mendekati titik melting. Pelunakan

serbuk plastik mengakibatkan terjadinya ikatan antar serbuk plastik. Ikatan antar

serbuk plastik juga dipengaruhi oleh kompaksi yang diberikan. Kompaksi yang

diberikan bersamaan dengan proses sintering akan memperbesar ikatan antar serbuk

plastik. Bertambahnya ikatan antar partikel serbuk plastik akan menurunkan besarnya

pori (Yonanta, 2008).

2.4. Pencampuran Serbuk (mixing)

Pencampuran serbuk dilakukan untuk menghasilkan distribusi komposisi

material dan ukuran serbuk yang seragam. Proses ini juga berguna untuk

menyeragamkan distribusi ukuran serbuk sebelum kompaksi, karena pada saat

penyimpanan atau proses transportasi bisa mengalami getaran yang memungkinkan

terjadinya segregasi. Segregasi dapat terjadi karena perbedaan bentuk, densitas, dan

ukuran partikel serbuk.

Pencampuran serbuk ada tiga mekanisme yaitu difusi, konveksi, dan geser.

Mekanisme difusi yaitu pencampuran yang terjadi karena pergerakan partikel serbuk

masuk ke partikel serbuk yang lain. Mekanisme konveksi yaitu percampuran dengan

perpindahan sekumpulan serbuk ke tempat yang lain. Sedangkan mekanisme geser

yaitu pergeseran serbuk karena perputaran plat tegak. Ketiga mekanisme tersebut

dapat dilihat pada gambar 2.10.


commit to user

16

Gambar 2.10. Mekanisme pencampuran serbuk (Sumber : German, 1994)

Volum pencampuran serbuk yang optimal adalah antara 20-40% dari volume

tabung dan tergantung pada jumlah serbuk di dalam tabung dan kecepatan putar

tabung. Perbandingan ideal untuk mendapatkan campuran yang optimal saat

dilakukan transportasi untuk dua ukuran partikel adalah 7 : 1, sedangkan untuk tiga

ukuran partikel yang berbeda perbandingan yang ideal adalah 49 : 7 : 1 (German,

1994).

Kecepatan putar tabung untuk menghasilkan campuran yang optimum dapat

dihitung dari persamaan 2.7 (German, 1994).

dN c

3,42= ..............................................................................................................(2.7)

dengan, Nc = Kecepatan putar pada kondisi kritis (rpm), yaitu pada kondisi gaya

sentrifugal partikel serbuk ke dinding sama dengan gaya gravitasi.

d = Diameter tabung (meter)

Kecepatan putar yang optimum adalah sekitar 75% dari kecepatan putar kritis (Nc).

2.5. Potensi Sampah

Pemanfaatan sampah yang terus meningkat juga harus dilakukan, dimana

potensi sampah organik di Indonesia adalah 70% yaitu sekitar 330.000 ton/hari dan

sisanya adalah sampah anorganik dan sampah berbahaya, (PSTL ITB, 2010).

Diperkirakan ada 500 juta hingga 1 milyar kantong plastik digunakan penduduk

dunia dalam satu tahun, berarti ada sekitar 1 juta kantong plastik per menit.


commit to user

17

Indonesia diperkirakan menghasilkan 100.000 ton sampah plastik per hari (Efendi,

dkk, 2010). Saat ini produksi sampah di kota besar tertinggi adalah Jakarta sebanyak

6.500 ton perhari. Kota Yogyakarta termasuk rendah produksi sampahnya untuk

kategori kota besar. Secara nasional produksi sampah per hari mencapai 200.000 ton

(Hamdan, M.M, 2010). Menurut kepala Bidang Persampahan DKP Surakarta,

biasanya sampah berkisar 230-240 ton per hari, tetapi sepekan terakhir naik sampai

260-320 ton per hari. Kenaikan volume sampah mencapai 40 % (Sudiyatno, 2012).

Pada tahun 2008 kapasitas produksi HDPE mencapai 550.000 ton/tahun (Highlight

IBBPPN), diperkuat data dari The Public Bottle Institute (2005) menyatakan bahwa

pemakaian HDPE (High Density Polyethylene) 23%, PVC (Polyvinyl Chloride) 6%,

LDPE (Low Density Polyethylene) 4%, PP (Polypropylene) 4%, dan PS (Polystyrene)

1%.


commit to user

18

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2. Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:

a. HDPE

HDPE diperoleh dari toko Vinila Plastik, jl. Makamhaji, Gawok, Baki,

Sukoharjo.

b. Ranting pohon

Ranting pohon diperoleh dari sampah ranting pohon asam londo disekitar

kampus Universitas Sebelas Maret.

c. Daun

Daun diperoleh dari sampah daun angsana disekitar kampus Universitas

Sebelas Maret.

(a.) (b.)

(c.) Gambar 3.1. Bahan penelitian : (a.) HDPE, (b.) daun, (c.) ranting


commit to user

19

3.3. Alat Penelitian

Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data

antara lain adalah :

a. Mesh (saringan)

Mesh digunakan untuk mendapatkan ukuran HDPE dan ranting pohon

setelah di crushing. Ukuran mesh yang digunakan adalah mesh 40, 30,

10, dan 6. Spesifikasi mesh yang digunakan:

· Merk : TATONAS

· Model : Laboratory Test Sieve

b. Oven dan rangkaian siklus

Oven dan rangkaian siklus digunakan untuk memberikan perlakuan

siklus termal sesuai dengan yang diinginkan terhadap komposit sebelum

pengujian mekanik.

c. Alat press yang dilengkapi dengan kontaktor, thermocontroller, timer

dan Thermometer digital. Thermocontroller yang dirangkai dengan

kontaktor pada alat press digunakan untuk mengontrol suhu pada saat

melakukan proses sintering, spesifikasi dari alat press :

· Luas cetakan 250 x 160 mm

· Kapasitas dongkrak : 2 ton

· Pressure Gauge : 100 kg/cm²

d. Timbangan digital

Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa dan selanjutnya

untuk menentukan fraksi berat komposit. Spesifikasi timbangan digital :

· Merk : KRISBOW

· Model : KW 0600378

· Kapasitas and Reability : 500 g x 0.01

· Standard Deviation : 1

· Tare Range : 0 – 500 g

· Time Of Stabilizing : 3 s

e. Crusher (Pemecah/Penggiling)

Crusher digunakan untuk mengiling HDPE, ranting dan daun sebelum

disaring menggunakan mesh.


commit to user

20

(a.) (b.)

(c.) (d.)

(e.)

Gambar 3.2. Alat Penelitian : (a.) Mesh, (b.) Oven dan rangkaian siklus, (c.) Alat press, (d.) Timbangan digital, (e.) Crusher


commit to user

21

3.4. Alat Uji

a. Universal Testing Machine (UTM)

Digunakan untuk pengujian bending dan geser tekan pada spesimen

komposit. Pengujian dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin

UNS. Spesifikasi UTM :

· Merk : Sans/ SHT-4106

· Spesifikasi : Servo hidrolik; kapasitas maksimum beban : 100 ton;

kontrol dan akusisi menggunakan komputer

Gambar 3.3. Universal Testing Machine

b. Impak Izod

Digunakan untuk pengujian impak pada spesimen komposit. Pengujian

dilakukan di Laboratorium Fisika F. MIPA UNS. Spesifikasi impak izod :

· Merk : Toyoseiki Tokyo

· Panjang lengan pendulum : 0,36 m

· Berat pendulum : 1,591 kg

Gambar 3.4. Impak Izod


commit to user

22

c. Scanning Electron Microscopy (SEM)

Digunakan untuk mengambil gambar mikro spesimen uji bending.

Pengujian foto SEM dilakukan di Universitas Negeri Malang (UM).

Spesifikasi SEM :

· Merk : FEI

· Type : Ins pect-S50

· Modus operasional : low vacum (sampel non konduktif) dan

high vacum (sampel konduktif)

Gambar 3.5. Scanning Electron Microscopy

3.5. Parameter

Dalam penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah:

a. Suhu sintering 120ºC.

b. Tekanan 2 kg/cm2 (tekanan pada pressure gauge)

c. Waktu sintering 10 menit

d. Ukuran mesh bahan adalah:

· Serbuk HDPE = mesh 30-40

· Sampah organik = mesh 6-10

e. Fraksi volume HDPE = 0.3

f. Sampah organik terdiri dari ranting pohon dan daun kering dengan

perbandingan 1:1.

g. Perlakuan termal

Parameter yang dirubah adalah temperatur, yaitu mulai dari temperatur

60. 70, 80, 90, 100 dan 110 °C dengan siklus 100 kali, kemudian di uji.


commit to user

23

Hasil yang terbaik dipakai untuk siklus berikutnya, yaitu siklus 150, 200

dan 250 kali.

3.6. Langkah Kerja Penelitian

a. Persiapan Bahan Dasar

Proses penyiapan bahan dasar adalah dengan pengumpulan plastik jenis

HDPE yang berasal dari tempat penampungan sampah plastik.

Sedangkan sampah organik (daun dan ranting) yang dipakai berasal dari

lingkungan sekitar kampus UNS.

b. Perlakuan Awal

HDPE dicuci dan dibersihkan dari kotoran yang menempel, selanjutnya

dijemur agar kering. Sedangkan untuk sampah organik (daun dan

ranting) dilakukan penjemuran hingga kering agar mudah hancur saat

proses penggilingan (crushing).

c. Proses Crushing

Bahan dasar setelah perlakuan awal akan digiling dengan mesin crusher

hingga hasil dari proses penggilingan menjadi serbuk.

d. Penyaringan

Serbuk daun, serbuk ranting, dan serbuk HDPE dari hasil crushing

selanjutnya akan di saring, untuk ukuran serbuk HDPE yang digunakan

adalah yang lolos mesh 30 dan tidak lolos mesh 40, sedangkan ukuran

serbuk daun dan ranting pohon yang digunakan adalah yang lolos mesh 6

dan tidak lolos mesh 10.

e. Pencampuran Serbuk

Proses pencampuran serbuk dilakukan untuk menyeragamkan komposisi,

serta mengurangi segregasi yang biasa terjadi akibat adanya pergerakan

atau getaran pada serbuk. Pencampuran serbuk dilakukan dalam keadaan

kering. Fraksi volume HDPE 30%, serbuk daun 35%, dan serbuk ranting

35%. Penggunaan fraksi volume dalam pencampuran kedua serbuk

tersebut untuk memudahkan dalam memperkirakan banyaknya masing-

masing bahan dalam campuran. Pencampuran dilakukan dalam tabung

silinder yang diputar dengan kecepatan 75 rpm. Perhitungan untuk

mengetahui kecepatan putar pencampuran serbuk yang optimum dapat


commit to user

24

dilihat pada persamaan (2.7), dengan volume total serbuk di dalam

tabung adalah 40% dari volume tabung.

f. Pembuatan Spesimen

Pembuatan spesimen dilakukan dengan metode Metode Pressured

Sintering. Pressured sintering adalah suatu metode yang

mengaplikasikan proses kompaksi dan sintering. Material yang

dihasilkan dengan menggunakan metode pressured sintering diharapkan

memiliki sifat mekanik dan fisik yang lebih baik. Pada penelitian ini

digunakan tekanan sintering 8.7 kPa, temperatur sintering 120ºC, waktu

sintering 10 menit, fraksi volume HDPE 30%.

g. Perlakuan siklus termal

Perlakuan siklus termal divariasi dengan perubahan suhu 60, 70, 80, 90,

100 dan 110 oC dan dengan pengaruh variasi jumlah siklus 100, 150, 200,

dan 250 kali untuk mengetahui efek siklus termal terhadap karakteristik

kekuatan bending, kekuatan impak dan kekuatan geser tekan komposit

HDPE – sampah organik.

Pada tahap ini komposit dimasukan pada oven dengan suhu 30 oC dan

dinaikan sampai suhu yang diinginkan (batas atas). Proses menaikan

suhu ini disebut dengan heating rate, kemudian ditahan selama 2 menit

dan suhu diturunkan sampai 30 oC (batas bawah), proses penurunan suhu

ini disebut dengan cooling rate dan ditahan selama 2 menit lagi (1

siklus). Proses ini akan belangsung secara kontinyu sampai dengan

jumlah siklus yang diinginkan. Selisih waktu antara heating dan cooling

rate antara siklus satu dengan siklus berikutnya tidak boleh lebih dari 10

%, agar sesuai dengan standar penelitian.

h. Tahap pengujian

· Pengujian Densitas

Pengujian ini mengacu pada ASTM D-792, dimana dalam

pengujian ini tidak ditentukan dimensi spesimen yang akan diuji,

melainkan ditentukan oleh massa spesimen. Massa spesimen yang

digunakan adalah antara 1-50 gram.


commit to user

25

· Pengujian kekuatan bending

Pengujian ini mengacu pada ASTM D-1037.

Gambar 3.6. Dimensi spesimen bending

· Pengujian kekuatan impak


Gambar 3.7. Dimensi spesimen impak

· Pengujian geser tekan


Gambar 3.8. Dimensi spesimen geser tekan

Satuan : mm

Satuan : mm

Satuan : mm

194

6

80

4

50,8

7


commit to user

26

i. Pengolahan Data

Data yang telah diperoleh dari hasil pengujian selanjutnya dianalisa

dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya kekuatan bending,

kekutan impact dan geser tekan dari komposit HDPE - ranting - daun.

Data hasil pengujian selanjutnya dapat disusun grafik hubungan antara

variasi suhu dengan pengaruh jumlah siklus termal terhadap kekuatan

lentur, kekuatan geser tekan dan kekuatan impak. Hasil pengujian ini

diambil yang terbaik, sehingga akan didapatkan variasi suhu dengan

pengaruh jumlah siklus termal yang menghasilkan sifat mekanik dengan

nilai optimal untuk spesimen.


commit to user

27

3.6. Diagram Alir

Gambar 3.9. Diagram alir metode penelitian

Perlakuan awal (Pencucian dan Penjemuran sampai kering)

Perlakuan awal (Penjemuran kadar air 10%)

Ranting, daun

Pengolahan Data

Kesimpulan

Mixing sampah organik dan HDPE pada N= 75 rpm, fraksi volume HDPE = 0.3

Penyaringan dengan mesh 6-10

HDPE

Proses crushing

Penyaringan dengan mesh 30-40

Pengujian Densitas (ASTM D-792) Bending (ASTM D-1037), Impact (ASTM D-5941), Geser Tekan (ASTM D-1037)

Pembuatan Spesimen Metode Pressured Sintering dengan P = 8.7 kPa, T = 120ºC,

waktu sintering 10 menit, fraksi volume HDPE 0.3

Proses crushing

Selesai

Perlakuan siklus termal Variasi suhu 60, 70, 80, 90, 100,110°C dengan siklus 100 kali

Perlakuan siklus termal Suhu dengan hasil terbaik, divariasi dengan siklus 150, 200, 250 kali

Pengujian Densitas (ASTM D-792) Bending (ASTM D-1037), Impact (ASTM D-5941), Geser Tekan (ASTM D-1037)

SEM

Mulai


commit to user

28

3.7. Jadwal Penelitian

No

BULAN

KEGIATAN

1 2 3 4 5 6

1 Mencari referensi

2 Pembuatan proposal penelitian

3 Persiapan alat pembuatan komposit

4 Pelaksanaan penelitian

5 Pengambilan data

6 Analisa data

7 Hasil & kesimpulan penelitian

8 Pembuatan laporan


commit to user

29

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Karakteristik

Mekanik Komposit HDPE-Sampah Organik

Pengaruh variasi temperatur siklus termal terhadap karakteristik mekanik

komposit HDPE–sampah organik pada penelitian ini dapat diketahui dengan

beberapa pengujian, antara lain pengukuran densitas, uji bending, uji impak, uji

geser tekan dan pengamatan struktur spesimen dengan foto SEM.

4.1.1. Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah organik

Pengukuran densitas dilakukan untuk mengetahui keseragaman komposit

dan memprediksi kekuatan suatu komposit. Pada penelitian ini pengukuran

densitas komposit HDPE-sampah organik dilakukan sebelum dan setelah

perlakuan siklus termal. Hasil pengukuran densitas ditampilkan pada gambar 4.1.

Gambar 4.1. Penurunan nilai densitas komposit HDPE-sampah organik setelah dikenai siklus termal

Gambar 4.1 menunjukan terjadinya penurunan nilai densitas komposit,

nilai densitas komposit berbanding terbalik dengan peningkatan suhu yang

diberikan, semakin tinggi suhu yang diberikan maka semakin turun nilai

densitasnya, tetapi penurunan yang terjadi tidak signifikan (sangat kecil).

R² = 0.9927

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20 40 60 80 100 120

Den

sita

s ra

ta-r

ata

( kg

/m3)

Suhu ( °C)


commit to user

30

Penurunan densitas yang sangat kecil ini disebabkan karena massa komposit turun

akibat kadar air yang berkurang. Fakta ini dapat dilihat pada gambar 4.2. Pada

gambar 4.2 terlihat perubahan warna dari komposit sebelum dan sesudah dikenai

siklus termal, komposit sebelum dikenai siklus termal memiliki warna yang lebih

gelap, sedangkan komposit yang telah dikenai siklus termal warnanya lebih terang

dan terlihat lebih kering, meskipun massa dan volume komposit turun sangat kecil

(cenderung masih utuh), namun ikatan yang terjadi antar muka telah melemah

(debonding), dapat dilihat pada gambar 4.4. Hal ini disebabkan karena pada saat

proses siklus termal material HDPE sudah melewati suhu distorsi (suhu distorsi

HDPE : 60-80 °C (Martienssen W. dan Warlimont H., (2005)) yang menyebabkan

HDPE mengalami fase perubahan bentuk dari padat ke fase cair (koefisien termal)

yang terjadi secara brulang-ulang. Perubahan fase yang terjadi akibat siklus termal

akan membuat HDPE dan sampah organik memuai, tetapi kemampuan memuai

yang berbeda antara kedua material ini menyebabkan ikatan antar muka menjadi

lemah.

(a.) (b.)

Gambar 4.2. Perubahan warna komposit : (a.) sebelum dikenai siklus termal; (b) setelah dikenai siklus termal

4.1.2. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Kekuatan Bending

Hasil pengujian bending komposit HDPE-sampah organik ditampilkan

pada gambar 4.3 di bawah ini.


commit to user

31

Gambar 4.3. Pengaruh variasi suhu siklus termal terhadap kekuatan bending komposit HDPE-sampah organik

Nilai kekuatan bending semakin turun dengan bertambahnya temperatur.

Penurunan kekuatan bending dari temperatur 30 °C (tanpa perlakuan) sampai

temperatur 110 °C mencapai 56,93 %. Semakin tinggi temperatur siklus termal

akan menurunkan kekuatan bending komposit HDPE-sampah organik. Penurunan

kekuatan bending yang sangat signifikan terjadi pada temperatur 110 °C yaitu

sebesar 44,96 %, hal ini disebabkan karena temperatur distorsi dari HDPE yang

hanya sekitar 60 - 80 °C (Martienssen W. dan Warlimont H., 2005) sehingga saat

diberi perlakuan siklus termal material HDPE mengalami perubahan fase dari

padat ke fase cair yang mengakibatkan ikatan antar muka antara HDPE dan

sampah organik menjadi melemah dan lama kelamaan sampah organik akan

terlepas dari HDPE dan meninggalkan pori yang bertambah banyak seiring

dengan ditambahkannya temperatur siklus termal. Pori yang timbul sangat

mempengaruhi kekuatan bending, karena pori merupakan tempat awal terjadinya

retakan (initial crack). Ikatan antar muka yang melemah akan menyebabkan

ketahan daya lengkung komposit HDPE-sampah organik berkurang. Fakta ini

dapat dilihat pada gambar 4.4 yang merupakan gambar penampang patah bending

yang diamati menggunakan foto SEM.

R² = 0.9846

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Kek

uata

n be

ndin

g (M

pa)

Temperatur (°C)

Jumlah siklus = 100 kali


commit to user

32

Kondisi seperti ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Papanicolaou

G.C., dkk. (2009), pengaruh perlakuan panas kejut (thermal shock) terhadap

komposit dengan matrik epoxy menyebabkan kegagalan debonding pada matrik

karena pengaruh thermal fatique dan sesuai dengan penelitian Surdia, (2000),

bahwa lamanya waktu berada pada temperatur tinggi juga dapat menjadi satu

penyebab menurunnya kekuatan polimer, polimer dalam waktu singkat pada

temperatur yang lebih tinggi akan memberikan pengaruh kerusakan signifikan.

(a.)

(b.)

Gambar 4.4. Pengamatan SEM (a.) sebelum dikenai siklus termal; (b.) setelah dikenai siklus termal

Ikatan antar muka

HDPE

Ranting

Daun

Ranting

HDPE

Daun

Ikatan antar muka yang melemah (debonding)

Pori


commit to user

33

4.1.3. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Kekuatan Geser

Tekan

Hasil pengujian geser tekan komposit HDPE-sampah organik ditampilkan

pada gambar 4.5.

Gambar 4.5. Pengaruh variasi suhu siklus termal terhadap kekuatan geser tekan komposit HDPE-sampah organik

Kekuatan geser tekan juga mengalami penurunan, seperti pada pengujian

bending, yaitu kekuatan geser tekan semakin turun dengan semakin bertambahnya

temperatur siklus termal. Penurunan kekuatan geser tekan dari variasi tanpa

perlakuan sampai variasi dengan temperatur 110 °C mencapai 71,75 %.

Penurunan nilai geser tekan terbesar terjadi pada temperatur 110 °C yaitu sebesar

63,25 %, ini disebabkan karena pada temperatur 110 °C material penyusun

komposit seperti daun dan ranting mulai terlepas dari ikatan yang disebabkan

karena perubahan fase dari HDPE. Terlepasnya daun dan ranting dari ikatan

menyebabkan timbulnya pori baru yang mengakibatkan ikatan antar muka pada

komposit HDPE-sampah organik menjadi lemah dan rusak, sehingga ketahanan

komposit untuk menahan gaya geser berkurang. Hal ini bisa dilihat pada gambar

4.4.

R² = 0.9962

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Kek

uata

n G

eser

tek

an (

MP

a)

Temperature (°C)



commit to user

34

4.1.4. Pengaruh Variasi Suhu Siklus Termal Terhadap Kekuatan Impak

Hasil dari pengujian kekuatan impak komposit HDPE-sampah organik

dapat dilihat pada gambar 4.6.

Gambar 4.6. Pengaruh variasi suhu siklus termal terhadap kekuatan impak komposit HDPE-sampah organik

Seperti halnya pada pengujian bending dan geser tekan, kekuatan impak

juga mengalami penurunan dengan bertambahnya temperatur siklus termal.

Penurunan kekuatan impak dari variasi tanpa perlakuan sampai variasi dengan

temperatur 110 °C mencapai 74,33 %, sedangkan penurunan terbesar terjadi pada

perlakuan siklus termal dengan temperatur 110 °C yaitu sebesar 67,76 %.

Semakin tinggi variasi temperatur yang diberikan akan semakin memperlemah

ikatan antar muka, karena perlakuan siklus termal mengakibatkan perubahan fase

pada HDPE dan menyebabkan kedua material penyusun komposit memuai, tetapi

kemampuan memuai yang berbeda dari material HDPE dan sampah organik

menyebabkan pori yang semakin besar dan banyak (gambar 4.4), hal ini akan

menurunkan kemampuan menahan energi atau beban kejut yang menyebabkan

kekuatan impak menurun. Fakta ini sesuai dengan penelitian Aktas M., Dkk

(2010) yang menyatakan bahwa, kemampuan energi serap komposit dengan

matrik epoxy berkurang seiring dengan peningkatan temperatur perlakuan pada

pengujian impak velocity.

R² = 0.9552

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Kek

uata

n Im

pak

(MP

a)

Temperature (°C)



commit to user

35

Nilai uji impak mengalami prosentase penurunan yang paling besar jika

dibandingkan dengan penurunan nilai bending dan geser tekan, hal ini disebabkan

uji impak menggunakan beban dinamik, sehingga komposit menerima

pembebanan yang cepat atau beban kejut (rapid loading)(Prasetya N., Dkk, 2009),

pada pembebanan cepat terjadi penyerapan energi yang besar dari energi kinetik

pendulum yang menumbuk spesimen. Berbeda dengan uji bending dan geser

tekan yang mengalami beban statik yaitu komposit diberikan beban secara

perlahan-lahan. Penyerapan energi yang besar pada uji impak akan diubah

menjadi berbagai respon material seperti deformasi plastis, dan efek inersia. Efek

inersia adalah kemampuan suatu material untuk mempertahankan bentuknya

ketika diberikan gaya, ketika diberikan pembebanan dengan kecepatan tinggi

material tersebut tidak sempat untuk mempertahankan bentuknya dan akhirnya

patah.

Turunnya kekuatan impak juga dapat dilihat dari besar kecilnya sudut

pantul lengan ayun yang mengenai spesimen. Semakin besar sudut pantul lengan

ayun yang dihasilkan (

kecil, begitu juga sebaliknya.

4.2. Pengaruh Variasi Jumlah Siklus Termal Terhadap Karakteristik

Mekanik Komposit HDPE-Sampah Organik

Penelitian ini selain untuk mengetahui pengaruh variasi temperatur siklus

termal juga untuk mengetahui pengaruh variasi jumlah siklus terhadap

karakteristik mekanik komposit HDPE–sampah organik. Variasi siklus yang

digunakan adalah 100 kali, 150 kali, 200 kali dan 250 kali dengan temperatur

yang tetap yaitu 60 °C, sedangkan pengujian yang dilakukan sama dengan variasi

temperatur yaitu pengukuran densitas, uji bending, uji impact, uji geser tekan dan

pengamatan struktur spesimen dengan foto SEM.

4.2.1. Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah organik

Pengukuran densitas komposit dilakukan setelah perlakuan siklus termal.

Hasil pengukuran densitas ditampilkan pada gambar 4.7.


commit to user

36

Gambar 4.7. Penurunan nilai densitas komposit HDPE-sampah organik setelah

dikenai siklus termal

Gambar 4.7 di atas dapat dilihat bahwa nilai untuk densitas komposit

penurunannya sangat kecil bahkan bisa dikatakan cenderung tetap. Meskipun nilai

untuk densitas cenderung tetap tetapi ikatan yang terjadi antar muka material

penyusun komposit telah rusak. Fakta ini bisa dilihat pada gambar 4.10.

Penurunan nilai densitas yang sangat kecil ini disebabkan karena massa dari

komposit mengalami penurunan akibat kadar air di dalam komposit yang turun

setelah komposit dikenai siklus termal. Fakta ini bisa dilihat pada gambar 4.8.

Pada gambar 4.8 terlihat perubahan warna dari komposit sebelum dan sesudah

dikenai siklus termal. Komposit sebelum dikenai siklus termal memiliki warna

yang lebih gelap, sedangkan komposit yang telah dikenai siklus termal warnanya

lebih terang dan terlihat lebih kering.

R² = 0.9093

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 50 100 150 200 250 300

Den

sita

s ra

ta-r

ata

(kg/

m3)

Jumlah Siklus


commit to user

37

(a.)

(b.)

Gambar 4.8. Perubahan warna komposit : (a.) sebelum dikenai siklus termal; (b) setelah dikenai siklus termal

4.2.2. Pengaruh Variasi Jumlah Siklus Termal Terhadap Kekuatan Bending

Hasil pengujian bending komposit HDPE-sampah organik ditampilkan

pada gambar 4.9 di bawah ini.

Gambar 4.9. Pengaruh variasi jumlah siklus termal terhadap kekuatan bending komposit HDPE-sampah organik

R² = 0.9999

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250 300

Jumlah Siklus

Temperatur = 60 °C


commit to user

38

Pengaruh banyaknya jumlah siklus terhadap kekuatan bending komposit

HDPE-sampah organik ditunjukkan pada gambar 4.9. Rata-rata kekuatan bending

menurun seiring dengan meningkatnya jumlah siklus yang diberikan, namun

penurunan yang terjadi tidak sebesar penurunan yang terjadi pada siklus termal

dengan variasi temperatur. Hal ini sesuai dengan penelitian (Surdia, 2000), bahwa

lamanya waktu berada pada temperatur tinggi juga dapat menjadi satu penyebab

menurunnya kekuatan polimer. Polimer dalam waktu yang lama dengan

temperatur rendah dapat mengakibatkan kerusakan.

Penurunan kekuatan bending dari variasi siklus 100 kali sampai variasi

siklus 250 kali mencapai 29,38 %. Penurunan kekuatan bending yang sangat

signifikan terjadi pada siklus 250 kali yaitu sebesar 20,96 %, hal ini disebabkan

karena pada siklus 250 kali ikatan antar muka yang terjadi semakin melemah

(debonding) dan mulai terlepas sehingga menyebabkan terjadinya pori yang

merupakan awal dari terbentuknya retakan (initial crack) menyebabkan ketahanan

untuk menahan daya lengkung berkurang. Fakta ini dapat dilihat pada gambar

4.10 yang merupakan gambar penampang patah bending yang diamati

menggunakan foto SEM. Pernyataan ini ini juga dikuatkan dengan penilitian

Papanicolaou G.C., dkk (2009) yang mengkaji tentang pengaruh perlakuan panas

kejut (thermal shock) dengan variasi jumlah siklus 6, 12, 24, 36 dan 48 kali, hasil

penelitiannya menunjukan perlakuan thermal shock menyebabkan kegagalan

debonding pada matrik karena pengaruh thermal fatique, sedangkan untuk variasi

jumlah siklus ditemukan adanya kerusakan micro crack yang meningkat pesat

dengan bertambahnya jumlah siklus.


commit to user

39

(a.)

(b.)

Gambar 4.10. Pengamatan SEM (a.) sebelum dikenai variasi siklus termal; (b.) setelah dikenai variasi siklus termal

4.2.3. Pengaruh Variasi Jumlah Siklus Termal Terhadap Kekuatan Geser

Tekan

Hasil pengujian geser tekan komposit HDPE-sampah organik dengan

variasi jumlah siklus termal dapat dilihat pada gambar 4.11.

Ikatan antar muka

HDPE

Ranting

Daun

Ranting

HDPE

Daun

Ikatan antar muka yang melemah (debonding)

Pori


commit to user

43

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

a. Peningkatan suhu siklus dari 60-110 °C akan merusak ikatan antara material

organik dan HDPE, berdampak pada penurunan nilai bending sebesar

56,93%, geser tekan 71,75% dan impak 74,33%.

b. Variasi jumlah siklus dengan temperatur di bawah suhu softening

mengakibatkan kerusakan ikatan yang lebih rendah dibandingkan suhu di atas

softening. Penurunan untuk bending sebesar 29,38%, geser tekan 38,32% dan

impak 55,66%.

5.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengenai variasi siklus

termal terhadap karakteristik mekanik komposit HDPE-sampah organik, penulis

menyarankan :

a. Perlu adanya generator untuk menjaga agar alat bantu siklus yang digunakan

tetap hidup jika terjadi padam listrik saat siklus termal sedang berlangsung.

b. Saat proses perlakuan siklus termal, alat bantu siklus harus selalu diawasi

karena penelitian ini menggunakan material yang mudah terbakar.

PENGARUH SIKLUS TERMAL TERHADAP …/Pengaruh... · Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non...

Documents

Transcript of PENGARUH SIKLUS TERMAL TERHADAP …/Pengaruh... · Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non...