PENGARUH WAKTU PEMAPARAN CUACA (WEATHERING) … · menyebabkan terjadinya patah getas akibat...

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

commit to user

PENGARUH WAKTU PEMAPARAN CUACA (WEATHERING) TERHADAP KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT HDPE – SAMPAH ORGANIK

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh :

WISNU ADHI PERMANA JATI I 1407039

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2013


commit to user v

PENGARUH WAKTU PEMAPARAN CUACA (WEATHERING) TERHADAP KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT HDPE – SAMPAH ORGANIK

Wisnu Adhi Permana Jati

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret, Surakarta

[email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap karakteristik mekanik berupa pengujian kekuatan bending, kekuatan geser tekan, dan kekuatan impak dari komposit HDPE-sampah organik.

Material utama penyusun komposit berupa HDPE dan sampah organik (daun dan ranting). Komposit ini dibuat menggunakan metode pressured sintering dengan tekanan 8,7 kPa, temperatur 120ºC, waktu sintering 10 menit, fraksi volume HDPE 0,3 dan sampah organik 0,7. Komposit HDPE-sampah organik dipaparkan secara langsung terhadap cuaca dengan variasi waktu 0 bulan (tanpa perlakuan), 1 bulan, 2 bulan, dan 3 bulan (ASTM D1435). Komposit hasil pemaparan cuaca dilakukan pengujian karakter mekaniknya. Pengujian kekuatan impak mengacu pada ASTM D5941, sedangkan pengujian bending dan geser tekan mengacu pada ASTM D1037. Permukaan patahan uji kekuatan bending diamati menggunakan Scanning Electron Micrograph (SEM).

Pemaparan cuaca selama 3 bulan belum berpengaruh pada kekuatan bending dan kekuatan geser tekan. Sedangkan pada pengujian impak terjadi penurunan kekuatannya, yaitu sebesar 67,93%. Pembebanan dinamik menyebabkan terjadinya patah getas akibat rusaknya ikatan interfase antar matrik HDPE.

Kata Kunci : Komposit HDPE-sampah organik, pemaparan cuaca, bending, geser tekan, impak.


commit to user vi

THE EFFECT OF WEATHERING EXPOSURE TIME ON MECHANICAL CHARACTERISTICS OF

HDPE-ORGANIC WASTE COMPOSITE

Wisnu Adhi Permana Jati Mechanical Engineering

Sebelas Maret University, Surakarta [email protected]

Abstract

This research aimed to determine the effect of weathering exposure time on mechanical characteristics which include bending strength, compression shear strength, and the impact strength of HDPE-organic waste composites. The materials use in this research were HDPE and organic waste. The composite was made by using the pressured sintering method with pressure 8,7 kPa, temperature 120º C, sintering time 10 minutes, volume fraction of HDPE is 0,3 and organic waste is 0,7. Speciment was directly exposed to weather with variations in 0 month (no treatment), 1 month, 2 months, and 3 months (ASTM D1435). Testing the impact strength refers ASTM D5941, bending and compression shear strength refers to ASTM D1037. The surface of bending fracture was observed by using Scanning Electron Micrograph (SEM). Weathering exposure for 3 months has not effect on the bending strength and compression shear strength. While the impact strength decrease by 67.93%. Dynamic load causing brittle fracture result from damage the bond interface among the matrix of HDPE. Keywords: HDPE-organic waste composites, weathering exposure, bending, compression shear, impact.


commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat,

hidayah dan inayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir 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 tugas akhir

ini, khususnya kepada :

1. Allah SWT atas kemudahan dan kelancaran yang telah diberikan.

2. Bapakku Sukadi, Ibuku Sri Suyati atas do’a, kasih sayang, semangat,

dukungan dan segala fasilitas yang diberikan sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

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

dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak bantuan dalam

penelitian dan penulisan skripsi ini.

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

memberikan banyak masukan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.

5. Bapak Bambang Kusharjanta, ST., MT., Bapak Teguh Triyono, ST. dan

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

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

pembimbing akademik.

7. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan.

8. Bu Elisa, Bu Parmi, Mas Har, Pak Endras, & Semua Karyawan Fakultas

Teknik.

9. Semua laboran Jurusan Teknik Mesin UNS terkhusus kepada Laboran Lab

Material Maruto Adhi ST, Sholikin dan Rahmad Lab Motor Bakar, mas

Arifin dan Hendri Lab Proses Produksi.

10. M. Fandy Asshiddiqi, ST., Didik Riyanto, ST., Heri Saputro, ST., Agung

Ibnuwibowo, ST., Pradipta Fajar Yuniarto, ST., dan Tri Prastyo, ST., yang

telah mengawali penelitian ini


commit to user

viii

11. Partnerku Triono Karso yang telah melakukan penelitian bersama-sama.

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

2007 (Eko Sri Wahyudi, Diky Prasetya P., Hery Kusbandriyo, Dany

Pradipta, Agus Sunanto, Heri Saputro, ST., Eko Yulianto, Apriyan

Triyasmoko, Mahalevi B., Tri Haryono, Willy Saputra, Fandi Danar, S.

Bayu Setiajit, Frans Sukma Ade Putra, ST., Iva Irawan, Khamdan Mujady,

ST., Supardi, ST.) yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi.

13. Kakak tingkat Teknik Mesin Non Reguler (angkatan 2002, 2003, 2004, dan

2006) serta kakak tingkat dan adik tingkat Teknik Mesin Reguler semua

angkatan yang telah memberikan semangat.

14. Squad d’Jump all generation (Oky, Agung “Penthet”, Heri “Chel”, Sukma,

Deni Krist, Diky, Bagus, Aji Pramujo “Benot”, Danang Tarwi “Gepeng”,

Bombi, Danu “Bejo”, Adin “Sinyo”, dan lain-lain) terima kasih atas segala

kesenangan.

15. Teman-teman Lab. Material Bapak Ahmad, ST., Bapak Siswanto, ST.

Bapak Salim, ST., Bapak Teguh, ST., Ibu Rina, ST., Dhidhit Wahyu, Aji

Pramujo, Albert, Roy, Muhadzib “Mamunk”, Yoga, Kestan, R Faiz,

Ashykar Shodiq, ST., dan lain-lain.

16. Pak Slamet, Mas Agus, Mas Mursito, Mas Mudakir, Mas Ali, Mbah Yo,

Mas Agus Satpam, Pak Lilik.

17. Teman-teman kost Rainbow (Mas Arief dan Sam Herru), kost Widuri III

(Halim, Husein, Aal whaya), kost Orange Chapter I (Anas, Hisyam, Faris,

Nunu, Akbar, Nusa, Dwi Satrio, Agung, Mas Jendar, Azzi, Heri) Chapter II

(Reza, Ilham, Danu, Nanang, Purwo, Chandra, Sukma, Syamsul, Edy, Putra,

Irchan)

18. Om Pomo Supriyadi dan Bulik Sunarti sekeluarga (Rezania Ditha Puspita,

Shintia Dini Anggraeni, Shalfa Deviana Putri).

19. Suami dari Kakak-kakakku (Mas Firmansyah SE. dan Mas Atang

Taufiqurrahman SE.) dan keponakan-keponakanku (Nadira Zahra Salsabila,

Diara Hana Aurelia, Muhammad Sultan Mu’afa, dan Ashraf Ramdhani Al

Farezi)


commit to user

ix

20. Spesial untuk kakak-kakakku tercinta Atik Susanti, SE., MM., dan Ratna

“Nana” Wijayanti, SE. Serta someone yang setia mendukung dan memberi

semangat.

21. 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, Februari 2013

Penulis


commit to user x

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ........................................................................................................... v KATA PENGANTAR ........................................................................................ vii DAFTAR ISI ........................................................................................................ x 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 .............................................................................. 2 1.5. Sistematika Penulisan ....................................................................... 3

BAB II. DASAR TEORI ...................................................................................... 4 2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................... 4 2.2. Teori Tentang Komposit .................................................................... 6

2.2.1. Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit ........................ 6 2.2.2. Filler ........................................................................................ 7

2.2.3. matrik......................................................................................... 8 2.2.4. Karakteristik Komposit............................................................. 10

2.3. Sintering ............................................................................................ 13 2.4. Pencampuran Serbuk.......................................................................... 14 2.5. Pemaparan Cuaca............................................................................... 16

BAB III. METODE PENELITIAN ...................................................................... 19 3.1. Tempat Penelitian .............................................................................. 19 3.2. Bahan Penelitian................................................................................. 19 3.3. Alat Penelitian.................................................................................... 20 3.4. Alat Uji .............................................................................................. 25 3.5. Langkah Kerja Penelitian .................................................................. 26 3.6. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 30 3.7. Jadwal Penelitian ............................................................................... 31

BAB IV. HASIL DAN ANALISA ...................................................................... 32 4.1. Kondisi Pemaparan Cuaca.................................................................. 32 4.2. Pengukuran Densitas Komposit......................................................... 33 4.3. Pengaruh Waktu Pemaparan Cuaca Terhadap Kekuatan Bending..... 34 4.4. Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Geser Tekan....... 36 4.5. Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Impak................. 37

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 39 5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 39 5.2. Saran .................................................................................................. 39

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


commit to user xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Sifat-sifat khusus HDPE ...............................……….…………....... 9 Tabel 4.1. Rata-rata cuaca bulanan Stasiun PUSLITBANG ............................. 32 Tabel 4.2. Rata-rata penguapan panci terbuka dan piche ................................... 32


commit to user xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Simbol recycle HDPE ………………………………………. . ..... 10 Gambar 2.2 Mekanisme pengujian three point bending..................................... ..... 11 Gambar 2.3 Sudut impak .............................................................................. ...... 12 Gambar 2.4 Pengujian geser tekan................................................................ ...... 13 Gambar 2.5 Skema penyusutan pori selama proses sintering....................... ...... 14 Gambar 2.6 Mekanisme pencampuran serbuk .............................................. ..... 15 Gambar 2.7 Skema piche ............................................................................... ...... 18 Gambar 3.1 Limbah HDPE ........................................................................... ..... 19 Gambar 3.2 Ranting pohon ........................................................................... ..... 19 Gambar 3.3 Sampah daun ............................................................................. ..... 20 Gambar 3.4 Timbangan digital ..................................................................... ..... 20 Gambar 3.5 Alat press ................................................................................... ..... 21 Gambar 3.6 Mesh (saringan) ..................................................................... ... ..... 22 Gambar 3.7 Crusher ...................................................................................... ..... 22 Gambar 3.8 Rak pemaparan cuaca ..................................................................... 22 Gambar 3.9 Termometer udara, termpmeter basah dan termometer kering ...... 23 Gambar 3.10 Camble Stoces ................................................................................ 23 Gambar 3.11 Penguapan panci terbuka ................................................................ 23 Gambar 3.12 Piche ............................................................................................... 24 Gambar 3.13 Penakar hujan ............................................................................ ..... 24 Gambar 3.14 Cup counter anemometer ................................................................ 24 Gambar 3.15 Universal Testing Machine ...................................................................... 25 Gambar 3.16 Impak izod ...................................................................................... 25 Gambar 3.17 Scanning Electron Micrograph ................................................................ 26 Gambar 3.18 Pola posisi matahari dalam satu tahun ..................................................... 28 Gambar 3.19 Dimensi spesimen bending ...................................................................... 28 Gambar 3.20 Dimensi spesimen impak ......................................................................... 29 Gambar 3.21 Dimensi spesimen geser tekan ................................................................. 29 Gambar 3.22 Diagram alir penelitian ............................................................. ..... 30 Gambar 4.1 Penurunan nilai densitas selama pemaparan cuaca.......................... ..... 33 Gambar 4.2 Spesimen sebelum dan setelah pemaparan cuaca ................................... 34 Gambar 4.3 Pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap kekuatan bending komposit HDPE-sampah organik. ............................................. ..... 34 Gambar 4.4 Pengamatan SEM (a) 0 hari (tanpa perlakuan);

(b) 1 bulan; (c) 2 bulan; (d) 3 bulan pemaparan cuaca................................................................................................ 35

Gambar 4.5 Pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap kekuatan geser tekan komposit HDPE-sampah organik. ............................................. ..... 36 Gambar 4.6 Pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap kekuatan impak

komposit HDPE-sampah organik……………………..……........... 37


commit to user xi

DAFTAR LAMPIRAN

Tabel 1. Pengujian Bending Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Waktu

Pemaparan cuaca. Tabel 2. Pengujian Geser Tekan Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Waktu

Pemaparan cuaca. Tabel 3. Pengujian Impak Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Waktu

Pemaparan cuaca. Tabel 4. Pengukuran Densitas Spesimen Bending Komposit HDPE-sampah

organik. Tabel 5. Pengukuran Densitas Spesimen Geser Tekan Komposit HDPE-sampah

organik. Tabel 6. Pengukuran Densitas Spesimen Impak Komposit HDPE-sampah organik. Tabel 7. Densitas Aktual Setelah 0 Hari Perendaman. Tabel 8. Densitas Aktual Setelah 1 Hari Perendaman. Tabel 9. Densitas Aktual Setelah 7 Hari Perendaman. Tabel 10. Densitas Aktual Setelah14 Hari Perendaman.


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kesadaran akan sampah memang belum merasuk ke segenap jiwa

masyarakat maupun aparat. Jangankan memilah-milah jenis sampah, membuang

pada tempat yang benar saja rasanya enggan. Hasil pengambilan sampel sampah

yang dibuang ke TPA Putri Cempo, Mojosongo, Surakarta, didapatkan volume

sampah organik jauh lebih banyak daripada sampah anorganik. Jumlah sampah

organik dari masing-masing sumber sampah yang dibuang di TPA, diantaranya

sampah domistik (63,82%), sampah pasar (83,21%) dan sampah umum (67,53%).

Jenis/macam sampah (organik) yang dominan adalah daun pisang, daun pohon-

pohonan perdu dan kulit jeruk, sedangkan jenis sampah anorganik yang dibuang

ke TPA didominasi oleh plastik, kertas, kain, karet, dan gelas (Sudiyono dan

Handayanta, 2010)

Pemanfaatan sampah plastik dapat dilakukan dengan pemakaian kembali

(reuse) maupun daur ulang (recycle). Secara umum terdapat empat persyaratan

agar sampah plastik dapat didaur ulang, antara lain sampah harus dalam bentuk

tertentu sesuai kebutuhan (biji, pellet, serbuk, pecahan), sampah harus homogen,

tidak terkontaminasi, serta diupayakan tidak teroksidasi. Sebelum digunakan

limbah plastik diproses melalui tahapan sederhana, yaitu pemisahan, pemotongan,

pencucian, dan penghilangan zat-zat seperti besi dan sebagainya (Sasse, et

al.,1995). Pemanfaatan plastik daur ulang dalam pembuatan kembali barang-

barang plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik (80%)

dapat diproses kembali menjadi barang semula walaupun harus dilakukan

pencampuran dengan bahan baku baru dan additive untuk meningkatkan kualitas

(Syafitrie, 2001).

Komposit berbahan dasar sampah merupakan salah satu alternatif untuk

mengurangi volume sampah. Komposit berbahan dasar sampah anorganik

(HDPE) dan sampah organik (daun dan ranting) diharapkan mampu memberikan

solusi tentang penanganan sampah di Indonesia. Sampah organik (daun) berfungsi

sebagai filler dan sampah anorganik (plastik HDPE) berfungsi sebagai pengikat.


commit to user

2

Metode yang digunakan dalam pembuatan komposit adalah metode pressured

sintering, yaitu metode yang mengaplikasikan proses kompaksi dan sintering.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan bahan dari material komposit antara

lain adalah : ukuran partikel serbuk, besarnya tekanan, temperatur sintering,

lamanya waktu penahanan sintering, volume zat pengikat.

Penggunaan komposit saat ini tidak hanya berkembang untuk produk yang

digunakan di dalam ruangan (indoor), tapi juga berkembang untuk penggunaan di

luar ruangan (outdoor). Permasalahan yang muncul terkait penggunaan komposit

untuk aplikasi outdoor adalah daya tahan komposit seperti stabilitas panas,

ketahanan terhadap jamur, ketahanan terhadap kelembaban, dan stabilitas

terhadap ultraviolet (UV) (Sudiyani, 2003). Pemaparan cuaca secara alam dari

komposit daur ulang high density polyethylene (HDPE) / tepung kayu mengalami

perubahan awal dalam morfologi permukaan dan kimia (Taib dkk., 2010).

1.2 Perumusan Masalah

Bagaimana pengaruh waktu pemaparan cuaca (weathering) terhadap

karakteristik mekanik komposit berbahan dasar HDPE – sampah organik.

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut:

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

dalam pembuatan komposit dianggap merata dalam proses pencampuran

(mixing).

2. Distribusi panas selama proses pressured sintering diasumsikan merata.

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu pemaparan

cuaca (weathering) terhadap karakteristik komposit HDPE–sampah organik

berupa kekuatan bending, kekuatan impak dan kekuatan geser tekan.


commit to user

3

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

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

masalah ,batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika

penulisan tugas akhir.

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

penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan dengan

permasalahan yang diteliti.

3. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat

dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.

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

hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

5. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulan memuat

petanyaan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil penelitian serta

merupakan jawaban dari tujuan penelitian dan pembuktian kebenaran

hipotesis. Saran memuat pengalaman dan pertimbangan penulis yang

ditunjukkan kepada para peneliti yang ingin melanjutkan atau

mengembangkan penelitian yang sejenis.


commit to user

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Komposit kayu merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan

setiap produk kayu yang terbuat dari potongan kayu yang lebih kecil dan direkat

bersama-sama (Maloney,1996). Pengertian di atas menjelaskan bahwa komposit

kayu-plastik mengandung arti setiap komposit yang mengandung kayu (dari

berbagai bentuk) dan polimer termoset atau termoplastik. Polimer termoplastik

melunak ketika dipanaskan dan mengeras ketika didinginkan. Proses ini terjadi

secara reversible dan dapat diulang. Pada level molekular, ketika temperatur

ditingkatkan, gaya ikatan sekunder hilang (dengan adanya peningkatan gerakan

molekular) sehingga gerakan relatif rantai yang berdekatan menjadi meningkat.

Sebaliknya apabila temperatur diturunkan, akan terbentuk ikatan kembali dan

polimer akan mengeras. Polimer termoset akan menjadi keras secara permanen

selama pembentukannya dan tidak melunak ketika dipanaskan. Polimer termoset

mempunyai crosslink kovalen diantara rantai polimer yang berdekatan. Selama

pemanasan, ikatan ini mengikat rantai polimer menjadi satu untuk menahan

gerakan vibrasi dan rotasi rantai pada temperature tinggi. Hal inilah yang menjadi

penyebab mengapa material tidak melunak ketika dipanaskan.

Salah satu jenis termoplastik yang popular adalah HDPE (High Density

Polyethylene). HDPE merupakan jenis plastik yang paling banyak digunakan

dalam kehidupan sehari-hari. Konsekuensi penggunaan HDPE yang begitu

banyak, adalah peningkatan sampah plastik HDPE dan jumlah ini akan terus

terakumulasi karena sifat plastik yang tidak membusuk dan tidak terurai secara

alami. Selain sampah plastik, jenis limbah lain yang sering menimbulkan masalah

adalah sampah organik. Peningkatan jumlah penduduk menyebabkan terjadinya

peningkatan aktivitas manusia. Hal ini berarti juga peningkatan jumlah sampah

yang dihasilkan, sehingga dibutuhkan solusi untuk mengurangi jumlah sampah

yang semakin meningkat.

Salah satu cara untuk menanggulangi masalah tersebut adalah dengan

menggunakan sampah organik dan sampah anorganik tersebut sebagai material


commit to user

5

penyusun komposit. Sampah organik (ranting dan daun) digunakan sebagai

pengisi (filler), sedangkan sampah anorganik (HDPE) digunakan sebagai

pengikatnya. Keunggulan dari komposit termoplastik dengan pengisi limbah

kertas atau limbah serat kayu tersebut adalah bersifat terbarukan, murah, ringan

dan tidak abrasif pada alat prosesnya (Risnasari, 2008).

Suatu komposit dibuat agar dihasilkan suatu material baru dengan

karakteristik tertentu. Karakteristik komposit dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu

fraksi volume, suhu sintering, tekanan sintering, waktu sintering. Penelitian

tentang komposit HDPE-sampah organik dengan variasi fraksi volume HDPE.

Kekuatan mekanik komposit akan meningkat seiring dengan peningkatan fraksi

volume dari HDPE (Asshiddiqi, 2011). Peningkatan suhu sintering akan

meningkatkan kekuatan bending komposit HDPE-sampah organik (Riyanto,

2011). Kekuatan mekanik komposit meningkat dengan bertambahnya tekanan

pengepresan (Saputro, 2012). Penambahan waktu sintering dari 10 hingga 25

menit akan meningkatkan kekuatan mekanik komposit HDPE-sampah organik

Ibnuwibowo (2012).

Salah satu proses pembuatan komposit adalah dengan proses pressured

sintering. Pressured sintering merupakan suatu metode yang mengaplikasikan

proses kompaksi dan sintering. Proses pressured sintering pada suhu sintering

120ºC akan meningkatkan jumlah ikatan antar serbuk plastik, karena pada suhu

ini serbuk plastik mulai melunak dan mengalami reposisi menempati ruang antar

serbuk karet (Sukanto, 2008). Pada pembuatan komposit HDPE – karet ban bekas

dengan metode pressured sintering variasi ukuran serbuk HDPE didapatkan nilai

densitas terendah yaitu pada komposit dengan ukuran serbuk HDPE mesh 20

dengan nilai densitas sebesar 844,96 kg/m³ (Yonanta, 2008).

Penggunaan komposit saat ini tidak hanya berkembang untuk produk yang

digunakan di dalam ruangan (indoor), tapi juga berkembang untuk penggunaan di

luar ruangan (outdoor) seperti dek kapal, lambung kapal, dan atap rumah.

Penggunaan komposit untuk aplikasi outdoor memunculkan permasalahan yang

terkait dengan daya tahan komposit seperti stabilitas panas (thermal stability),

ketahanan terhadap jamur (fungal resistance), ketahanan terhadap perubahan

bentuk karena penyerapan uap air (ketahanan terhadap kelembaban), dan stabilitas


commit to user

6

terhadap ultraviolet (UV). Penyinaran matahari yang mengandung UV adalah

faktor dominan yang menyebabkan depolimerisasi lignin dalam matrik dinding sel

yang kemudian hilang atau tercuci karena hujan (Sudiyani, 2003).

Komposit serbuk kayu plastik digunakan diluar ruangan akan terbuka

terhadap radiasi UV, kelembaban dan mikro organism (Johnson, 1999). Simonsen

(1996) mengemukakan bahwa komposit kayu atau bio-filler lainnya dengan

termoplastik tidak tahan terhadap pengaruh outdoor exposure. Penurunan sifat

terutama terletak pada kekakuan. Mutuana dkk., (2010) menerangkan bahwa sinar

UVA dapat menembus sampai bagian dalam HDPE sampai 85%. Kerusakan

akibat pemaparan cuaca pada WPC dikarenakan penyerapan sinar UVA oleh

HDPE sebesar 10%-20% yang menjadikan munculnya keretakan pada permukaan

HDPE.

Pada penelitian pemaparan cuaca komposit HDPE/Wood Flour (WF),

dengan sudut rack 45º dan waktu pemaparan yang digunakan adalah 500, 1000,

1500, dan 2000 jam. didapatkan prosentase penurunan degradasi setelah

pemaparan cuaca diatas 1500 jam (Taib dkk., 2010).

2.2 Teori Tentang Komposit

2.2.1 Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit

Schwartz (1984) mendefinisikan komposit sebagai sistem material yang

terdiri dari gabungan dua atau lebih unsur pokok yang berbeda bentuk atau

komposisi yang tidak dapat dipisahkan satu sama lain.

Berdasarkan bentuk material pembentuknya, Schwartz (1984)

mengklasifikasikan komposit menjadi lima kelas, yaitu:

§ Komposit serat (fiber composite)

Komposit yang terdiri dari serat dengan atau tanpa matrik.

§ Komposit serpihan (flake composite)

Komposit yang terdiri dari serpihan dengan atau tanpa matrik.

§ Komposit butir (particulate composite)

Komposit yang terdiri dari partikel atau butiran dengan atau tanpa matrik.

§ Komposit isian (filled composite)


commit to user

7

Komposit yang terdiri dari matrik rangka selanjar yang terisi dengan bahan

kedua.

§ Komposit laminat (laminar composite)

Komposit yang terdiri dari konstituen lapisan atau laminat.

Komposit dengan penguatan serat adalah jenis komposit yang paling

sering dipakai dalam aplikasi, hal ini dikarenakan komposit jenis ini memiliki

sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya adalah

struktur serat tersebut memiliki kekuatan tekan serta kekuatan tarik arah

melintang serat yang kurang bagus.

Secara umum komposit dengan penguatan serat tersusun dari dua material

utama yaitu matrik dan serat. Antar kedua unsur material tersebut tidak terjadi

reaksi kimia dan tidak larut satu sama lain, melainkan hanya ikatan antar muka

diantara keduanya. Serat yang memiliki kekuatan lebih tinggi berperan sebagai

komponen penguat, sedangkan matrik yang bersifat lemah dan liat bekerja sebagai

pengikat dan memberi bentuk pada struktur komposit.

Komposit serat dapat dibedakan berdasarkan jenis dan orientasi seratnya,

yaitu komposit serat searah (continuous fiber composite), serat anyaman (woven

fiber composite), serat acak (chopped fiber composite), dan gabungan beberapa

jenis serat (hybrid fiber composite).

2.2.2 Filler

Filler digunakan untuk mengurangi berat dan mengurangi biaya. Filler

memberikan fleksibilitas dalam desain dimensi komposit yang diinginkan, dan

selain sebagai material pengisi, material serbuk atau serpih juga digunakan

sebagai material penguat komposit tetapi tidak seefektif fiber (Gibson, 1994).

Pada umumya pengisi memiliki ukuran yang kecil dan bentuk yang tidak seragam.

Ukuran partikel pengisi yang kecil akan lebih baik dibandingkan dengan ukuran

pengisi yang lebih besar. Ukuran partikel yang kecil akan memperluas permukaan

interaksi antara polimer matrik. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa

penggunaan filler akan menentukan sifat komposit secara signifikan. Filler dapat

dibagi menjadi dua jenis yaitu filler organik dan anorganik. Serat kaca, serat

kevlar, silica, kalsium, mika, dll merupakan contoh-contoh filler anorganik.


commit to user

8

Pengisi dari bahan organik antara lain sekam padi, sagu, daun, ranting, dll.

Penelitian tentang pengaruh filler (baik fraksi volume maupun ukuran partikel)

masih perlu dikembangkan lebih lanjut. Filler saat ini berkembang ke arah alami

karena renewable dan dapat terdegradasi di alam (biodegradable) (Gibson, 1994).

2.2.3 Matrik

Gibson R.F, (1994) mengatakan bahwa matrik dalam struktur komposit

bisa berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Pemilihan matrik dalam

komposit didasarkan atas kemampuan matrik untuk membentuk sebuah ikatan

dengan penyusun komposit yang lain didalam komposit. Matrik merupakan

penyusun komposit yang berfungsi meneruskan beban ke serat dan melindungi

serat. Matrik memiliki fungsi :

§ 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.

Di antara jenis matrik yang ada, matrik polimer adalah yang paling luas

penggunaannya. Hal ini dikarenakan polimer mudah diproses, memiliki sifat

mekanik dan elektronik yang baik, dan memiliki berat jenis yang rendah.

Berdasarkan ikatan antar penyusunnya, polimer dibedakan menjadi dua macam,

yaitu resin thermoplastic dan resin thermoset. Polimer thermoplastic adalah jenis

polimer yang dapat mencair apabila mengalami pemanasan dan akan mengeras

kembali setelah didinginkan dan perilakunya bersifat reversible atau bisa kembali

ke kondisi awal, sedangkan polimer thermoset bersifat lebih stabil terhadap panas

dan tidak mencair pada suhu tinggi serta perilakunya bersifat irreversible atau

tidak bisa kembali ke kondisi awal (Gibson, 1994).

Plastik adalah zat organik yang dihasilkan dari senyawa-senyawa yang

pada umumnya terbentuk dari unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan

nitrogen (N). Zat organik dapat dibuat sintetis dari bahan mentah minyak bumi,

karena minyak bumi mengandung lebih dari 1000 macam senyawa hidrokarbon.

Salah satu jenis plastik adalah HDPE (High Density Polythylene), terbentuk dari


commit to user

9

gabungan dari banyak molekul-molekul kecil/monomer yang akan membentuk

makro molekul, maka disebut juga polymer. Polymer terbentuk dari gabungan

banyak molekul yang sama atau mirip jenisnya. Proses pembuatan polymer 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 (Corneliusse, 2002).

High density polyethylene atau HDPE adalah polietilena termoplastik yang

terbuat dari minyak bumi. Membutuhkan 1,75 kg minyak bumi (sebagai energi

dan bahan baku) untuk membuat 1 kg HDPE. HDPE dapat didaur ulang, dan

memiliki nomor 2 pada simbol daur ulang. Volume produksi HDPE pada tahun

2007 mencapai 30 ton. HDPE memiliki percabangan yang sangat sedikit, hal ini

dikarenakan pemilihan jenis katalis dalam produksinya (katalis Ziegler-Natta) dan

kondisi reaksi. Karena percabangan yang sedikit, HDPE memiliki kekuatan tensil

dan gaya antar molekul yang tinggi. HDPE juga lebih keras dan bisa bertahan

pada temperatur tinggi (120oC).

Sifat-sifat plastik HDPE secara umum adalah tahan terhadap zat kimia

(misalkan minyak, deterjen), ketahanan impak cukup baik, memiliki ketahanan

terhadap suhu, tidak tahan terhadap sinar matahari dan plastik HDPE stabil

terhadap oksidasi udara. Sifat-sifat khusus plastik HDPE adalah sebagai berikut:

(Corneliusse, 2002)

Tabel 2.1 Sifat-sifat khusus HDPE

Specific grafity 0,952 – 0,965 gr/cm3

Kekuatan tarik 3200 – 4500 psi

Kekuatan tekan 2700 – 3600 psi

Kelendutan 5800 psi

Kemuluran 100 %

Titik lebur 130 – 137 oC

Temperatur operasional -60 – 105 oC

Daya serap air 0.01


commit to user

10

Gambar 2.1 Simbol recycle HDPE

2.2.4 Karakteristik Komposit

Densitas

Densitas merupakan indikator penting kemampuan suatu komposit. Hal ini

menggambarkan seluruh efek dari properti material. Rumus untuk menghitung

densitas:

=vm

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

dengan: = densitas (kg/m3)

m = massa (kg)

v = volume (m3)

Kekuatan Bending

Kekuatan bending atau kekuatan lengkung adalah tegangan bending

terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi

yang besar atau kegagalan. Pada bagian atas spesimen akan mengalami tegangan

desak dan bagian bawah akan mengalami tegangan tarik.

Material komposit kekuatan tekannya lebih tinggi terhadap tegangan

tariknya. Komposit akan mengalami patah pada bagian bawah yang disebabkan

karena tidak mampu menahan tegangan tarik yang diterima. Rumus perhitungan

kekuatan bending dengan metode three point bending mengacu pada ASTM

D1037 dengan bentuk dan gambar spesimen seperti pada gambar 2.2.

Pengujian ini ditentukan oleh MOR (Modulus of Rupture). Rumus untuk

menghitung MOR:

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


commit to user

11

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

P = beban bending maksimal (N)

L = panjang span (mm)

b = lebar spesimen (mm)

d = tebal spesimen (mm)

Gambar 2.2 Mekanisme pengujian three point bending

Kekuatan Impak Izod

Standar pengujian kekuatan impak izod untuk komposit dengan penguat

plastik adalah dengan ASTM D-5941. Untuk mengetahui kekuatan impak,

terlebih dahulu dihitung energi yang diserap oleh benda (W), yaitu selisih energi

potensial pendulum sebelum dan sesudah mengenai benda.

W = [ – ] ………….......……......……………………(2.3)

dengan: W = energi yang terserap (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 (°)

b L

d

P


commit to user

12

Gambar 2.3 Sudut impak

(modul panduan uji impak izod)

Bila pada 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).

Jadi, persamaan untuk menghitung energi total yang diserap oleh benda

(W) adalah:

W = Wspesimen – Wgesek

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

dimana: = sudut pantul lengan ayun tanpa mengenai benda

Maka, perhitungan nilai kekuatan impak benda uji adalah sebagai berikut:

310´´

=bh

WaiU ( )2m

J ……………………………...………… (2.5)

dimana: W = energi yang terserap (J)

h = ketebalan benda uji (m)

b = lebar benda uji (m)

Kekuatan Geser Tekan

Bentuk dan ukuran spesimen uji geser tekan mengacu pada standar uji

ASTM 1037.

Perhitungan untuk menentukan tegangan geser maksimum adalah:

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

A

P

2=


commit to user

13

dimana: = tegangan geser maksimum, (Pa)

P = beban maksimum, (N)

A = luas penampang spesimen, (mm2)

Gambar 2.4 Pengujian Geser Tekan

(Sumber : ASTM D 1037)

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 2.5 memperlihatkan skema penyusutan pori-pori antar partikel

serbuk selama proses sintering. Kondisi awal adalah kondisi setelah kompaksi,

P


commit to user

14

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

terjadi pengikatan antar partikel serbuk sehingga pori-pori mulai mengecil.

Gambar 2.5 Skema penyusutan pori-pori selama proses sintering.

(German, 1994)

Apabila proses sintering terus berlanjut maka area kontak antara partikel

serbuk membesar 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. 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


commit to user

15

memungkinkan terjadinya segregasi. Segregasi dapat terjadi karena perbedaan

bentuk, densitas, dan ukuran partikel serbuk.

Terdapat tiga mekanisme pencampuran serbuk 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 2.6.

Gambar 2.6 Mekanisme pencampuran serbuk

(German, 1994)

Menurut German, (1994) pencampuran serbuk yang optimal, yaitu serbuk

dapat tercampur dengan baik, tergantung pada jumlah serbuk di dalam tabung dan

kecepatan putar tabung. Untuk mendapatkan campuran yang optimal saat

dilakukan transportasi perbandingan yang ideal antara dua ukuran partikel adalah

7 : 1, sedangkan untuk tiga ukuran partikel yang berbeda perbandingan yang ideal

adalah 49 : 7 : 1. Volume pencampuran serbuk yang optimal adalah antara 20-

40% dari volume tabung. Sedangkan untuk kecepatan putar tabung untuk

menghasilkan campuran yang optimum dapat dihitung dari persamaan berikut:

dNc

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

dimana: Nc = Kecepatan putar pada kondisi kritis, yaitu pada kondisi gaya

sentrifugal partikel serbuk ke dinding sama dengan gaya gravitasi.

gmd

Vm.

..4 2

= .................................................................................(2.8)

dimana : d = diameter tabung (meter)

Kecepatan putar yang optimum didapat sekitar 75% dari kecepatan putar

kritis (Nc).


commit to user

16

2.5 Pemaparan Cuaca (Weathering Test)

Pemaparan cuaca dilakukan untuk mengetahui degradasi atau penurunan

sifat mekanik dari komposit. Pemaparan cuaca dilakukan di tempat tebuka dan

dibiarkan terkontak secara langsung dengan cuaca. Pemaparan cuaca dilakukan

dengan sudut kemiringan 45 hadap garis katulistiwa (Taib dkk, 2010).

Pemaparan cuaca memerlukan data-data meteorologi antara lain:

1. Suhu udara (

Nilai suhu udara didapat dari termometer udara.

2. Kelembaban udara

Nilai kelembaban udara didapat dengan menggunakan termometer bola

basah (wet) dan termometer bola kering (dry), kemudian dihitung dengan

menggunakan rumus:

,

Dengan: exp ,

Dimana: = Relative Humidity (%)

= Tekanan uap air suhu bola basah

= Tekanan uap air jenuh

= Suhu bola kering

= Suhu bola basah

= Tekanan udara stasiun pengamatan

3. Lama penyinaran matahari

Lama penyinaran matahari didapat dari camble stoces. Lamanya

penyinaran sinar matahari dicatat dengan jalan memusatkan

(memfokuskan) sinar matahari melalui bola gelas hingga fokus sinar

matahari tersebut tepat mengenai pias yang khusus dibuat untuk alat ini

dan meninggalkan jejak pada pias. Dipergunakannya bola gelas

dimaksudkan agar alat tersebut dapat dipergunakan untuk memfokuskan

sinar matahari secara terus menerus tanpa terpengaruh oleh posisi

matahari. Pias ditempatkan pada kerangka cekung yang konsentrik dengan


commit to user

17

bola gelas dan sinar yang difokuskan tepat mengenai pias. Jika matahari

bersinar sepanjang hari dan mengenai alat ini, maka akan diperoleh jejak

pias terbakar yang tak terputus. Tetapi jika matahari bersinar terputus-

putus, maka jejak dipiaspun akan terputus-putus. Dengan menjumlahkan

waktu dari bagian-bagian terbakar yang terputus-putus akan diperoleh

lamanya penyinaran matahari. Data dari camble stoces diolah dengan

menggunakan rumus:

Dimana: LPM = Lama penyinaran matahari (%)

n = Lama penyinaran matahari (jam)

N = kemungkinan maksimum lamanya penyinaran matahari

(jam)(tergantung letak lintang dan bulan)

4. Penguapan panci terbuka

Evaporimeter panci terbuka digunakan untuk mengukur evaporasi. Makin

luas permukaan panci, makin representatif atau makin mendekati

penguapan yang sebenarnya. Pengukuran evaporasi dengan menggunakan

evaporimeter memerlukan perlengkapan sebagai berikut :

· Panci bundar besar

· Hook gauge, yaitu suatu alat untuk mengukur perubahan tinggi

permukaan air dalam panci.

· Termometer air dan termometer maximum/ minimum

· Cup counter anemometer

· Pondasi/ alas pondasi atau alas yang digunakan yaitu papan. Hal ini

dikarenakan dengan menggunakan papan panci penguapan ini akan

rata dan tidak berhubungan langsung dengan panas bumi dari tanah.

5. Piche

Seperti panci penguapan terbuka, alat ini digunakan sebagai pengukur

penguapan secara relatif. Maksudnya, alat ini tidak dapat mengukur secara

langsung evaporasi ataupun evapotranspirasi yang sesungguhnya terjadi.

Hasil pembacaannya sangat tergantung terhadap angin, iklim dan debu.


commit to user

18

Gambar 2.7 Skema Piche (Rojali, 1997)

6. Curah hujan

Untuk mengukur seberapa banyak jumlah curah hujan yang terjadi dalam

suatu waktu diperlukan suatu alat pengukuran. Pluviometer atau penakar

hujan (rain gauge), merupakan alat yang biasa digunakan dalam hal

pengukuran curah hujan. Dalam rain gauge terdapat gelas/tabung dengan

luas corong tertentu, dimana gelas/tabung ukur tersebut digunakan untuk

menampung air hujan yang masuk ke dalam alat tersebut. Dimana tinggi

air hujan yang terdapat dalam gelas ukur tersebut dapat dilihat dari

penanda.


commit to user

19

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Jurusan Teknik

Mesin dan Laboratorium Klimatologi Fakultas Pertanian Universitas Sebelas

Maret Surakarta.

3.2 Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:

a. HDPE

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

Sukoharjo.

Gambar 3.1 Limbah HDPE

b. Ranting pohon

Sampah ranting diperoleh di sekitar lingkungan kampus UNS. Ranting yang

digunakan adalah ranting pohon asam.

Gambar 3.2 Ranting pohon


commit to user

20

c. Daun

Sampah daun diperoleh di sekitar lingkungan kampus UNS. Daun yang

digunakan adalah daun angsana.

Gambar 3.3 Sampah daun

3.3 Alat Penelitian

Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data

antara lain adalah :

a. 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

Gambar 3.4 Timbanagan digital


commit to user

21

b. Alat press

Alat press yang digunakan dilengkapi dengan dongkrak hidrolik, pemanas

(heater), termometer digital dan timer. Spesifikasi dari alat press:

· Rangka penyangga dan alas sebagai dudukan cetakan.

· Luas cetakan 250 x 160 mm.

· Pemanas dihubungkan ke pengatur panas.

· Kapasitas dongkrak : 2 ton

· Pressure Gauge : 100 kg/cm²

Gambar 3.5 Alat press

c. Mesh (saringan)

Mesh digunakan untuk mendapatkan ukuran HDPE dan ranting pohon setelah

proses crushing. Pada penelitan ini penyaringan HDPE menggunakan mesh 30

dan 40, sedangkan sampah mnggunakan mesh 6 dan 10. Spesifikasi mesh

yang digunakan:

· Merk : TATONAS

· Model : Laboratory Test Sieve

Gambar 3.6 Mesh (saringan)


commit to user

22

d. Moisture wood meter

Alat Moisture Wood Meter digunakan untuk mengetahui kadar air spesimen

uji. Hal ini bertujuan agar kadar air setiap spesimen bisa seragam sebelum

dilakukan pengujian.

e. Crusher (Pemecah/Penggiling)

Crusher digunakan untuk mengiling HDPE, ranting dan daun sebelum

disaring menggunakan mesh.

Gambar 3.7 Crusher

f. Rak Pemaparan cuaca

Rak Pemaparan cuaca merupakan alat yang digunakan sebagai tempat untuk

memaparkan spesimen terhadap cuaca.

Gambar 3.8 Rak pemaparan cuaca

g. Sangkar meteorologi

Sangkar meteorologi merupakan tempat untuk mengambil data-data

meteorologi, alat untuk pengambilan data meliputi:

1. Termometer

Termometer yang digunakan yaitu termometer udara (untuk mencatat

suhu udara), termometer basah dan kering (untuk menghitung

kelembaban udara).


commit to user

23

Gambar 3.9 Termometer udara, termometer basah dan termometer kering

2. Camble stocs

Camble stocs digunakan untuk mencatat lama penyinaran matahari.

Gambar 3.10 Camble stoces

3. Panci penguapan terbuka

Panci penguapan terbuka digunakan untuk mengukur evaporasi

(penguapan). Dalam panci penguapan terbuka terdapat hook gauge yang

berfungsi mengukur tinggi permukaan air dan termometer air untuk

mengukur suhu air.

Gambar 3.11 (a) Panci penguapan terbuka; (b) hook gauge

(a) (b)


commit to user

24

4. Piche

Piche merupakan alat yang digunakan untuk mengukur penguapan secara

relatif. Prinsip kerja alat ini didasarkan pada laju evaporasi yang

dinyatakan dengan banyaknya air yang hilang ke atmosfer.

Gambar 3.12 Piche

5. Penakar hujan

Penakar hujan yang dipakai ada 2 jenis, yaitu tipe Obs dan tipe holman

Gambar 3.13 Penakar hujan (a) tipe Obs dan (b) tipe Holman

6. Cup counter anemometer

Cup counter anemometer merupakan alat untuk mencatat nilai kecepatan

udara.

Gambar 3.13 Cup counter anemometer


commit to user

25

3.4 Alat Uji

a. Universal Testing Machine (UTM)

Alat ini digunakan untuk pengujian bending, geser tekan pada spesimen

komposit. Spesifikasi dari UTM:

· Merk : Sans/ SHT-4106

· Spesifikasi : Servo hidrolik; kapasitas maksimum beban 100

ton; kontrol dan data akuisisi menggunakan

komputer.

Gambar 3.15 Universal Testing Machine

b. Impak Izod

Alat ini digunakan untuk pengujian impak pada spesimen komposit.

Spesifikasi impak izod:

· Merk : Toyoseiki Tokyo

· Berat pendulum : 1,591 kg

· Panjang lengan : 0,36 m

\

Gambar 3.16 Impak izod


commit to user

26

c. Scanning Electron Micrograph (SEM)

Alat ini digunakan untuk mengambil gambar patahan 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 3.17 Scanning Electron Micrograph

3.5 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 yang dipakai berasal dari lingkungan sekitar

kampus UNS.

b. Perlakuan Awal

HDPE dicuci kemudian dibersihkan agar sisa-sisa minyak dan

kotoran yang menempel hilang, setelah itu dijemur hingga kering.

Kemudian untuk sampah daun dan ranting dijemur hingga kadar air 10%

dengan Moisture wood meter agar mudah hancur saat proses penggilingan

(crushing).


commit to user

27

c. Proses Crushing

Pada proses penggilingan (crushing), bahan dasar setelah perlakuan

awal akan digiling dengan mesin crusher hingga hasil dari proses

penggilingan menjadi serbuk.

d. Penyaringan Serbuk

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

selanjutnya akan disaring. Untuk serbuk HDPE disaring dengan

menggunakan ukuran mesh 30-40, sedangkan untuk sampah organik (daun

dan ranting) menggunakan mesh 6-10.

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

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 2 bar, temperatur sintering 120ºC, waktu sintering 10 menit,

fraksi volume HDPE 30%.

g. Pemaparan Cuaca (weathering)

Pemaparan cuaca mengacu pada ASTM D1435. Pemaparan cuaca

dilakukan dengan variasi waktu 0 bulan (tanpa pemaparan), pemaparan 1


commit to user

28

6 mm

194 mm

bulan, 2 bulan, dan 3 bulan. Variasi waktu pemaparan tersebut dilakukan

untuk mengetahui pengaruh pemaparan cuaca terhadap degradasi

karakteristik mekanik dari spesimen. Sudut pemaparan yang digunakan

45º dari arah horizontal menghadap garis katulistiwa. Penelitian ini

dilakukan dari bulan juli sampai bulan september, dimana posisi gerak

semu matahari secara geografis berada di utara tempat penelitian.

Gambar 3.18 Pola posisi matahari dalam satu tahun

(Purwanto, 2011) 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.

§ Pengujian kekuatan bending

Pengujian ini mengacu pada ASTM D1037.

Gambar 3.19 Dimensi spesimen bending


commit to user

29

7 mm

4 mm

80 mm

10 mm

50.8 mm

§ Pengujian kekuatan impak

Pengujian ini mengacu pada ASTM D5941.

Gambar 3.20 Dimensi spesimen impak

§ Pengujian geser tekan

Pengujian ini mengacu pada ASTM D-1037.

Gambar 3.21 Dimensi spesimen geser tekan

i. Pengolahan Data

Data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis

data yaitu 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 waktu pemaparan cuaca (weathering) terhadap kekuatan

bending, kekuatan geser tekan dan kekuatan impak. Grafik digunakan

untuk melihat pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap degradasi

penurunan kekuatan mekanik komposit HDPE-sampah organik.

.


commit to user

30

j. Diagram Alir

Gambar 3.22 Diagram alir penelitian

Pencucian dan Penjemuran HDPE Penjemuran Sampah Organik (kadar Air 10%)

Ranting dan daun

Pengolahan Data

Mulai

Kesimpulan

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

Penyaringan sampah dengan mesh 6-10

Proses crushing sampah dengan crusher

Selesai

HDPE

Proses crushing HDPE dengan crusher

Penyaringan HDPE dengan mesh 30-40

Pengujian Densitas (ASTM D792) Bending (ASTM D1037), Impak (ASTM

D5941), Geser Tekan (ASTM D1037) dan foto SEM.

Pembuatan Spesimen Metode Pressured Sintering dengan P = 2 bar, T = 120ºC, waktu

sintering 10 menit, fraksi volume HDPE 0.3

Pemaparan Cuaca Variasi waktu 0 hari (tanpa pemaparan), pemaparan 1 bulan, 2

bulan, dan 3 bulan.


commit to user

31

3.6 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

32

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

Penelitian ini dilakukan dengan beberapa pengujian untuk mengetahui

pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap karakteristik mekanik komposit

HDPE-sampah organik. Pengujian yang dilakukan antara lain uji bending, uji

impak, uji geser tekan dan pengamatan struktur spesimen dengan foto SEM.

4.1 Kondisi Pemaparan Cuaca

Komposit HDPE-Sampah Organik dipaparkan pada udara terbuka

(outdoor weathering) selama 3 bulan di Stasiun PUSLITBANG FP. UNS,

Jumantono, Karanganyar. Berikut data meteorologi selama berlangsungnya proses

pemaparan cuaca.

Tabel 4.1 Rata-Rata Cuaca Bulanan Stasiun PUSLITBANG

Bulan Suhu Udara ( Kelembaban Udara (%) Penyinaran (%) Rata-rata Rata-rata Rata-rata

Juli 27,55 73,88 72,32 Agustus 28,26 68,93 72,63 September 26,25 66,49 85,28

Sumber: Stasiun PUSLITBANG FP UNS, Kec Jumantono, Kab Karanganyar.

Tabel 4.2 Rata-Rata Penguapan Panci Terbuka dan Piche

Bulan

TINGGI BEDA PENGUAPAN HUJAN SUHU AIR

( ANGIN :

0,5 m AIR TINGGI E = P + H P (mm)

MAX MIN FORCE (mm) AIR (H)

(mm) (mm)

Juli 54,79 51,73 3,90 0,83 34,27 23,53 2450,91

Agustus 48,76 44,49 4,27 0,00 32,71 21,65 3060,76

September 53,84 48,36 5,48 0,00 33,74 21,94 4043,09

Sumber: Stasiun PUSLITBANG FP UNS, Kec Jumantono, Kab Karanganyar.

Tabel 4.1 menggambarkan selama pemaparan cuaca tidak terjadi

perbedaan rata-rata suhu udara yang signifikan tiap bulannya, artinya selama

proses pemaparan komposit menerima suhu udara yang relatif sama. Suhu udara

dipengaruhi oleh lama penyinaran matahari, karena dalam penyinaran matahari

mengandung panas. Selama pemaparan cuaca rata-rata kelembaban udara tertinggi


commit to user

33

terjadi pada bulan juli, hal ini terjadi karena penyinaran yang terjadi cenderung

lebih kecil jika dibandingkan dengan bulan lainnya. Prosentase penyinaran

matahari menggambarkan lamanya penyinaran dari matahari, jadi semakin lama

penyinaran matahari maka kelembaban udara akan semakin kecil. Tabel 4.2

memperlihatkan bahwa pada bulan juli penguapan yang terjadi lebih kecil jika

dibandingkan dengan bulan lainnya. Hal ini terjadi karena pada bulan juli

penyinaran dari matahari lebih kecil jika dibandingkan dengan bulan lainnya.

Penguapan terjadi karena adanya energi panas dari sinar matahari. memerlukan

sinar matahari yang cukup, dengan adanya curah hujan sebesar 0,83 mm maka

akan mengurangi penguapan yang terjadi.

4.2 Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah Organik

Pengukuran densitas dilakukan untuk pengecekan keseragaman komposit

dan memprediksi kekuatan suatu komposit. Hasil pengukuran densitas selama

pemaparan cuaca ditampilkan pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Pengukuran nilai densitas selama pemaparan cuaca

Gambar 4.1 menjelaskan nilai densitas selama proses pemaparan cuaca

cenderung sama. Selama pemaparan cuaca memang terjadi pelapukan dan

terlepasnya daun dari ikatan antar partikelnya, hal ini berdampak pada turunnya

massa komposit dan volume komposit. Karena massa dan volume berbanding

lurus, maka nilai densitas yang diperoleh cenderung sama.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4

Waktu (Bulan)

Den

sita

s (k

g/m

3 )


commit to user

34

Gambar 4.2 Spesimen (a) 0 bulan (tanpa perlakuan); (b) 1 bulan pemaparan cuaca; (c) 2 bulan pemaparan cuaca; (d) 3 bulan pemaparan cuaca.

4.3 Pengaruh Waktu Pemaparan Cuaca Terhadap Kekuatan Bending

Pengujian bending dilakukan dengan menggunakan alat Universal Testing

Machine dengan metode three point bending. Hasil pengujian bending komposit

HDPE-sampah organik ditunjukkan pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap kekuatan bending komposit

HDPE-sampah organik.

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4Waktu (bulan)

(a) (b)

(c) (d)


commit to user

35

HDPE

Daun

HDPE

Daun

Gambar 4.3 menunjukan selama proses pemaparan nilai kekuatan bending

cenderung sama. Efek dari pemaparan cuaca selama 3 bulan belum berdampak secara

signifikan pada kekuatan bending. Hal ini dikarenakan selama 3 bulan pemaparan cuaca

ikatan antarfase HDPE terhadap sampah organik masih kuat. Hal ini sesuai dengan

penelitian komposit HDPE/WF yang dilakukan oleh Taib (2010), selama 2000

jam dipaparkan penurunan nilai kekuatan bending terjadi tidak begitu signifikan,

yaitu dibawah 6 %. Hal ini dikarenakan selama pemaparan cuaca, kekakuan dan

ikatan dari HDPE masih kuat.

Gambar 4.4 Pengamatan SEM (a) 0 bulan (tanpa perlakuan); (b) 1 bulan pemaparan cuaca; (c) 2 bulan pemaparan cuaca; (d) 3 bulan pemaparan cuaca.

(a)

(d) (c)

(b)

Ikatan antarmuka HDPE-sampah organik

Ranting

HDPE

Daun

Ranting

HDPE

Daun

Ranting

Ranting


commit to user

36

Gambar 4.4 menunjukkan perbedaan patahan bending antara masing-

masing variasi waktu pemaparan cuaca. Gambar 4.4 (a) menunjukkan bentuk dari

HDPE ranting dan daun masih utuh. Ikatan antarmuka HDPE-sampah organik

masih utuh. Gambar 4.4 (b) terlihat struktur HDPE tetap utuh sedangkan pada

sampah organik sudah mulai terjadi pelapukan. Walaupun sudah terjadi pelapukan

pada sampah organik, namun ikatan antar muka HDPE-sampah organik masih

cukup kuat. Gambar 4.4 (c) menunjukkan struktur HDPE tetap utuh, sedangkan

pada sampah organik terlihat daun semakin habis dan ranting juga terjadi

pelapukan. Namun pelapukan yang terjadi tidak merusak ikatan antar muka,

karena distribusi HDPE yang mengikat daerah tersebut masih kuat. Pada gambar

4.4 (d) menunjukkan struktur HDPE yang utuh, sedangkan pada sampah organik

daun dan ranting semakin lapuk. Pada sampah organik daun terlihat sudah hancur

dan hanya menyisakan tulang daunnya. Nilai kekuatan bending cenderung sama

selama pemaparan karena distribusi HDPE sebagai matrik cukup kuat dalam

mengikat fillernya (daun dan ranting).

4.4 Pengaruh Waktu Pemaparan Terhadap Kekuatan Geser Tekan

Kekuatan geser tekan pada komposit dapat diketahui dengan pengujian

geser tekan. Pengujian geser tekan dilakukan dengan menggunakan alat Universal

Testing Machine. Grafik hasil pengujian geser tekan komposit HDPE-sampah

organik ditampilkan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap kekuatan geser tekan komposit


0

1

2

3

0 1 2 3 4

Kek

uata

n G

eser

tek

an (

MP

a)

Waktu (bulan)


commit to user

37

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa selama proses pemaparan belum terjadi

penurunan kekuatan geser tekan secara signifikan. Hal ini disebabkan selama

rentan waktu 3 bulan pemaparan cuaca, efek dari pemaparan cuaca belum sampai

pada bagian tengah spesimen atau dengan kata lain efeknya hanya pada

permukaan spesimen yaitu terjadi perubahan warna. Pada pengujian geser tekan

bagian spesimen yang menahan beban adalah pada bagian tengah, dimana ikatan

antarfase HDPE dan sampah organik masih kuat. Seperti pada penelitian komposit

serbuk kayu-polipropilena yang dilakukan oleh Sulaeman (2003), selama 3 bulan

dipaparkan komposit mengalami perubahan warna pada permukaan, setelah

pemaparan selama 6 bulan sifat-sifat mekanis menurun.

4.5 Pengaruh Waktu Pemaparan Terhadap Kekuatan Impak

Kekuatan impak komposit HDPE-sampah organik dapat diukur dengan

dilakukan pengujian kekuatan impak dengan alat impact izod. Hasil dari pengujian

kekuatan impak komposit HDPE-sampah organik dapat dilihat pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap kekuatan impak komposit


Hasil dari pengujian kekuatan impak berbeda dengan tren yang terjadi

pada pengujian geser tekan dan pengujian bending, dimana didapatkan penurunan

yang signifikan selama pemaparan cuaca, yaitu sebesar 67,93%. Penurunan

kekuatan impak terjadi karena pembebanan merupakan beban dinamik, sehingga

komposit menerima pembebanan yang cepat atau beban kejut (rapid loading).

Pada pembebanan cepat atau beban kejut, energi yang diserap oleh spesimen

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 1 2 3 4

Kek

uata

n Im

pak

(J/m

2 )

Waktu (bulan)


commit to user

38

terjadi dari energi kinetik pendulum yang mengenai spesimen. Energi yang

diserap spesimen akan mengubah respon yang diterima material seperti deformasi

plastis, dan efek inersia. Efek inersia merupakan kemampuan suatu material untuk

mempertahankan bentuknya ketika diberikan gaya atau pembebanan (Prasetya N.,

Dkk, 2009). Ketika diberi pembebanan dengan kecepatan yang tinggi, komposit

akan mengalami patah getas yang diakibatkan oleh rusaknya ikatan interfase antar

matrik HDPE.


commit to user 39

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Pemaparan cuaca selama 3 bulan belum berpengaruh pada kekuatan

bending dan kekuatan geser tekan. Sedangkan pada pengujian impak terjadi

penurunan nilai kekuatannya, yaitu sebesar 67,93%. Pembebanan dinamik

menyebabkan terjadinya terjadi patah getas akibat dari rusaknya ikatan interfase

antar matrik HDPE.

5.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengenai variasi waktu

pemaparan cuaca terhadap karakteristik mekanik komposit HDPE-Sampah

organik, penulis menyarankan:

1. Tempat untuk pemaparan cuaca (weathering test) hendaknya tidak terlalu

jauh dari tempat pengujian karakteristik mekaniknya.

2. Pengambilan spesimen dari tempat pemaparan cuaca hendaknya lebih hati-

hati agar spesimen tidak rusak.

PENGARUH WAKTU PEMAPARAN CUACA (WEATHERING) … · menyebabkan terjadinya patah getas akibat...

Documents

Transcript of PENGARUH WAKTU PEMAPARAN CUACA (WEATHERING) … · menyebabkan terjadinya patah getas akibat...