Nama Rumpun Ilmu : Rekayasa Material

LAPORAN

PENELITIAN FUNDAMENTAL

PEMODELAN DAN ANALISIS STATIS DINAMIS KOMPOSIT EPOXY BERPENGUAT SERAT ARENGA PINNATA DENGAN

VARIASI PERLAKUAN ALKALI DAN PANJANG SERAT

TIM PENELITI

Ir. I Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa, MT

NIDN. 0024016801

Ir, I Ketut Suarsana, MT

NIDN. 0031126512

UNIVERSITAS UDAYANA

NOVEMBER 2014 

 

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Kuasa karena atas anugrah Beliau

penyusunan Laporan Penelitian Fundamental yang berjudul “ Pemodelan dan Analisi Statis-

Dinamis Komposit Epoxy Berpenguat Serat Arenga Pinnata dengan Variasi Perlakuan Alklai dan

Panjang Serat” dapat diselesaikan dengan baik dan lancar. Penelitian ini dilakukan untuk lebih

memahami bagaimana pengaruh kekuatan basa dari larutan alkali terhadap permukaan serat

Arenga pinnata dan bersama panjang serat bagaimana pengaruhnya terhadap kekuatan tarik

komposit( sifat statis) dan frekuensi natural serta rasio damping( sifat dinamis) dari komposit

epoxy berpenguat serat Arenga pinnata.

Pada kesempatan yang mulia ini, saya menghaturkan terimkasih kepada semua pihak yang

telah mendukung penelitian ini, terutama kepada pihak Dikti bersama LPPM Universitas

Udayana yang telah memberikan dana atau hibah penelitian, kepada Dr I Made Miasa, ST, M.Sc

,Kepala Laboratorium Akustik dan Getaran Mekanik, Jurusan Teknik Mesin, UGM, Yogyakarta,

bersama staf, yang telah banyak memberikan bantuan dalam penelitian ini, serta beberapa pihak

yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu dalam kesempatan ini yang juga telah memberikan

bantuan dan dukungan sehingga penelitian ini dapat terlaksana.

Ke depan, saya berharap penelitian ini dapat dilanjutkan guna mendapatkan pengetahuan

yang lebih lengkap dan detail mengenai karakteristik komposit epoxy berpenguat serat Arenga

pinnata sehingga makin melengkapi khazanah pengetahuan dan teknologi di bidang material

komposit. Laporan ini tentu belum sempurna, masih banyak yang dapat dikembangkan, untuk

itu saya sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari para pembaca yang

budiman demi penyempurnaan laporan ini nantinya. Terimakasih!

Bukit Jimbaran, November 2014

Penyusun

I GN Nitya Santhiarsa

 

DAFTAR ISI Hal

HALAMAN PENGESAHAN i KATA PENGANTAR ii DAFTAR ISI iii RINGKASAN iv BAB I PENDAHULUAN……………………………………….. .......... ............ 1 1.1. Latar Belakang ……………………………................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah……………………………………….... ........................ 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA………………………………………................. 4 2.1. Penelitian Sebelumnya………………………………………..................... 4 2.2. Serat Penguat dan Matrik Polimer……………………………........ .............. 5 2.3. Perlakuan Permukaan Serat……………………………………….................. 7 2.4. Panjang Serat........................................................................................ .......... 7 2.5. Pengujian Tarik Komposit............................................................................... 8 2.6. Frekuensi Natural dan Damping Ratio................................................ ........... 9 2.7. Modal Analysis Experiment....................................................... .................... 10 BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN……………….................. 11 3.1. Tujuan Penelitian.......................................................................................... 11 3.2. Manfaat Penelitian......................................................................................... 11 BAB IV METODE PENELITIAN.......................................................................... 13 4.1. Rancangan Penelitian...................................................................................... 13 4.2. Alat dan Bahan...................................................................... ......................... 13 4.3. Prosedur Penelitian………………………………………………… ............ 14 4.4. Diagram Alir Penelitian-........................................................................ ........... 17 BAB V HASIL YANG DICAPAI........................................................................... 18 5.1. Pengujian Tarik................................................................................................... 18 5.2. Pengujian Modal Analisis.................................................................................... 21 BAB VI RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA.................................................. 25 BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN..................................................................... 26 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN FOTO PROSES PRODUKSI DAN UJI KOMPOSIT ARTIKEL ILMIAH

 

RINGKASAN Dewasa ini dan ke depan penggunaan komposit cenderung beralih dari komposit serat

sintetis menuju komposit berbahan serat alam , hal ini karena penggunaan serat sintetis yang tidak

ramah terhadap lingkungan dan kurang ekonomis. Komposit serat alami dianggap lebih

menguntungkan dibandingkan serat sintetis, karena serat ini memiliki beberapa keunggulan

seperti ringan, tidak beracun dan cukup banyak di negara-negara tropis. Jadi perlu ada upaya

untuk memaksimalkan pemanfaatan potensi sumber daya alam lokal dari serat alam sebagai

penguat atau pengisi dalam sistem komposit untuk berbagai keperluan teknik, hal ini dimulai dari

penelitian tentang karakter mekanik dari komposit serat alam, dalam hal ini serat Arenga

pinnata/serat ijuk.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dasar mekanik komposit

epoxy berpenguat serat arenga pinnata yaitu melalui pengujian dan analisis statis dan dinamis

komposit dengan variasi pada perlakuan permukaan serat Arenga pinnata dengan tiga laruran

alkali (NH4OH, NaOH dan KOH) yang berbeda kekuatan basanya dan variasi panjang serat(

serat panjang 10 mm dan serat panjang 50 mm) yang didistribusikan secara random pada matrik

epoxy. Selanjutnya, dilakukan pemodelan secara fisik dan numerik melibatkan hubungan sifat

statis dan dinamis komposit epoxy berpenguat serat Arenga pinnata

Dari hasil pengujian dan analisis , komposit dengan serat Arenga pinnata perlakuan KOH

mempunyai kekuatan tarik dan kekakuan yang terbesar, diikuti perlakuan NaOH kemudian

NH4OH yang tidak begitu berbeda dengan komposit dengan serat tanpa treatment. Panjang serat

juga mempengaruhi kekuatan tarik komposit, dimana makin panjang serat yang digunakan maka

makin tinggi kekuatan tarik dan kekakuan dari komposit. Terkait hubungan sifat statis dan

dinamis dari komposit, kekuatan tarik dan kekakuan komposit makin besar maka makin besar

pula nilai frekuensi natural dari komposit sedangkan nilai rasio dampingnya makin menurun. Jadi,

pada kondisi konsentrasi larutan 0,25 M dan lama rendaman 1 jam, perlakuan dengan KOH pada

serat Arenga pinnata serta panjang serat 50 mm menghasilkan komposit epoxy/serat Arenga

 

pinnata dengan kekuatan tarik, kekakuan dan frekuensi natural tertinggi, serta terendah dalam

rasio damping.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Salah satu serat alam yang potensi untuk dikembangkan adalah serat ijuk (Arenga pinnata)

atau serat Gomuti yang diambil dari pohon Aren. Pohon aren tumbuh hampir setiap daerah pesisir

di Indonesia, termasuk di Bali. Jumlahnya melimpah dan tidak mengenal musim dan memiliki

beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan tanaman lain. Pohon aren memiliki banyak

manfaat, mulai dari akar dapat digunakan untuk bahan obat, anyaman dan tali, bisa diambil serat

dan tongkat dari batang , atap dapat dibuat dari daun, dari bunga dapat diambil getahnya untuk

membuat gula, dan dari buah diperoleh manisan kolang-kaling . Sayangnya selama ini, tanaman

aren memiliki nilai ekonomi yang sangat rendah hanya getah saja yang memiliki nilai ekonomis

cukup tinggi, sedangkan bagian lain dari tanaman masih nilai ekonomi yang rendah. Serat Arenga

pinnata yang dihasilkan dari dasar pelepah daun pohon aren merupakan salah satu serat alami

memiliki potensi untuk dikembangkan menjadi bahan komposit. Serat Arenga pinnata memiliki

ketahanan terhadap degradasi yang sangat baik, memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, dapat

menyerap radiasi elektromagnetik dan ketersediaan melimpah. Salah satu fakta yang

membuktikan kekokohan serat Arenga pinnata seperti di Bali, Indonesia, kondisi atap tradisional

yang terbuat dari serat ijuk tetap dalam kondisi baik meski telah dipasang selama dua puluhan

tahun. Oleh karena itu serat Arenga pinnata dipilih dalam penelitian ini dan digunakan sebagai

bahan komposit menggunakan matriks polimer, epoxy, dimana serat Arenga pinnata akan

berfungsi sebagai serat penguat.

Beberapa studi telah dilakukan untuk menentukan potensi serat sebagai serat penguat

dalam komposit dari serat alami, yaitu Bachtiar,dkk (2010), menyampaikan sebuah studi tentang

pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat kekuatan tarik komposit epoxy berpenguat serat Arenga

pinnata. Perlakuan dilakukan dengan menggunakan natrium hidroksida (NaOH) pada dua larutan

 

konsentrasi yang berbeda 0,25 M dan 0,5 M dan tiga kali perendaman yang berbeda 1jam, 4 jam

dan 8 jam. Spesimen komposit diuji untuk penentuan properti tarik dengan hasil kekuatan tarik

tertinggi pada konsentrasi 0,25 M dan waktu perendaman 1 jam yaitu 49,5 MPa. Sastra,dkk

(2006), telah melakukan studi untuk menentukan sifat kekuatan tarik serat Arenga pinnata

sebagai serat alami dan resin epoksi sebagai matriks. Serat Arenga pinnata dicampur dengan

resin epoxy dengan variasi persentase berat serat 10%, 15%, dan 20% . Serat Arenga pinnata

dan dengan orientasi serat yang berbeda seperti pendek random, panjang random, dan anyaman.

Proses hand lay-up dalam percobaan adalah untuk menghasilkan benda uji dengan waktu curing

untuk pelat komposit di suhu kamar (25-30 ° C). Hasil dari tes tarik komposit epoxy diperkuat

serat Arenga pinnata adalah bahwa anyaman serat Arenga pinata dengan berat 10% menunjukkan

nilai tertinggi untuk sifat tarik maksimum. Kekuatan tarik dan nilai-nilai modulus Young untuk

komposit berat 10 % anyaman serat arenga pinnata adalah 51,725 MPa dan 1255,825 MPa. Hasil

di atas menunjukkan bahwa komposit dengan anyaman serat Arenga pinnata memiliki ikatan

yang lebih baik antara serat dan matriks dibandingkan dengan serat panjang acak dan serat

pendek acak. Widodo(2008) melakukan riset tentang kekuatan mekanik komposit epoksi

berpenguat serat ijuk model lamina dengan orientasi acak, Dari hasil penelitian yang dilakukan

didapatkan kekuatan tarik komposit tertinggi sebesar 5,538 kgf/mm 2pada fraksi berat ijuk 40%

,rata-rata kekuatan tarik tertinggi sebesar 5,128 kgf/mm2 pada fraksi berat ijuk 40%. Kekuatan

im-pak komposit tertinggi sebesar 33,395 Joule/mm2 dengan kekuatan impak rata-rata 11,132

Joule/mm 2 pada fraksi berat ijuk 40%. Kemudian, hasil riset Mahmuda, dkk (2013), tentang

pengaruh panjang serat ijuk pada kekuatan tarik komposit epoksi, dimana variasi panjang serat

adalah 30 mm, 60 mm dan 90 mm, menunjukkan kekuatan tarik dan regangan tertinggi dicapai

pada komposit dengan panjang serat 90 mm, jadi makin panjang serat makin besar daya ikat

antara serat dengan matrik.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan beberapa penelitian, perlakuan alkali untuk serat Arenga pinnata memberikan

peningkatan kristalinitas selulosa dan penurunan kandungan hemi-selulosa dan lignin . Hal itu

menunjukkan bahwa serat Arenga pinnata menjadi relatif ulet setelah penghilangan beberapa

hemi-selulosa dan lignin serta dapat mengakibatkan kekakuan serat tinggi karena kristalinitas

meningkat dari selulosa keras. Percobaan menggunakan larutan alkali seperti NH4OH dan KOH

ke serat yang sama belum ada yang mencoba, setidaknya untuk penyelidikan kuantitatif,

meskipun secara teoritis larutan NaOH dapat melakukan transformasi kisi lengkap , sedangkan

yang menggunakan larutan alkali lain seperti NH4OH (basa lemah) dan KOH (basa yang lebih

kuat dari NaOH) perlu diuji dalam hal ini. Kemudian juga belum ada studi sebelumnya membahas

 

efek dari panjang serat Arenga pinnata pada sifat dinamis komposit dan oleh karena itu, kedua

studi seperti diatasi perlu dilakukan. Jadi dalam upaya untuk meningkatkan kekuatan mekanik

dan kemampuan redam getaran mekanis khususnya pada komposit serat Arenga pinnata-matriks

epoxy , dilakukan dua jenis atau variasi treatment, pertama, modifikasi permukaan serat dengan

variasi perlakuan alkali yang berbeda kekuatan basa atau pH-nya, NH4OH (amonium hidroksida),

NaOH (sodium hidroksida) dan KOH (potasium hidroksida), perlakuan yang mempengaruhi

karakter permukaan serat, terkait untuk membuat kompatibilitas yang lebih baik antara serat dan

matriks dan membuat lebih baik kekuatan komposit, kedua, setelah pencampuran serat dan

matriks untuk membuat komposit, variasi panjang serat pada komposit dilakukan untuk

mengetahui apakah pengaruh variasi panjang serat pada sifat mekanis seperti karakteristik statis

dan dinamis komposit. Dari hasil analisis pengujian ini, untuk memudahkan dalam optimasi

perancangan maka disusun model dan formulasi kekuatan mekanik (statis dan dinamis) komposit

terhadap perlakuan di atas.

 

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian Sebelumnya

Bachtiar,dkk (2010), telah mempelajari pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat lentur

komposit epoxy diperkuat serat arenga pinnata . Komposit diperkuat dengan fraksi berat 10% dari

serat dengan perlakuan menggunakan natrium hidroksida (NaOH) konsentrasi 0,25 M dan 0,5 M

selama 1 jam, 4 jam dan 8 jam waktu perendaman. Tujuan perlakuan serat dengan alkali adalah

untuk meningkatkan ikatan permukaan antara matrik dan permukaan serat. Kekuatan lentur

maksimum terjadi pada larutan NaOH 0,25 M dengan 1 jam waktu perendaman, yaitu 96,71 MPa,

meningkatkan 24,41% dari komposit serat tanpa perlakuan. Tapi, modulus lentur maksimum

terjadi pada 0,5 M larutan NaOH dengan 4 jam waktu perendaman, yaitu 69,48 MPa,

meningkatkan oleh 148% dari komposit dengan serat tanpa perlakuan

Leman,dkk (2008), melakukan studi untuk melihat kemungkinan menggantikan serat gelas

dengan serat alami dalam bahan komposit. Sifat permukaan dari ijuk (Arenga pinnata) yang

dimodifikasi dengan menggunakan air laut dan air tawar sebagai bahan perlakuan. Ditemukan

bahwa perlakuan air laut dan air tawar dapat meningkatkan sifat permukaan serat arenga pinnata

dan dengan demikian menghasilkan kualitas adhesi yang lebih baik dibandingkan dengan serat

yang tidak diperlakukan. Perlakuan dengan air laut selama 30 hari terbukti menjadi yang terbaik,

dengan kenaikan 67.26% dalam kekuatan tarik.

 

Sastra,dkk (2006), telah melakukan penelitiani untuk menentukan sifat tarik komposit

dengan serat Arenga pinnata sebagai penguat dan resin epoksi sebagai matrix. Serat Arenga

pinnata dicampur dengan resin epoxy dengan persentase berat serat 10%, 15%, dan 20%. Serat

Arenga pinnata dengan orientasi serat yang berbeda seperti panjang random, pendek random, dan

anyaman . Proses hand lay-up dalam percobaan adalah untuk menghasilkan benda uji dengan

waktu curing untuk membentuk pelat komposit di suhu kamar 25-30 °C. Hasil dari tes tarik dari

komposit epoxy diperkuat serat Arenga pinnata adalah bahwa fraksi berat 10% dengan anyaman

menunjukkan nilai tertinggi untuk sifat tarik maksimum. Kekuatan tarik dan nilai-nilai modulus

Young untuk fraksi berat 10 % dengan anyaman serat 51,725 MPa dan 1255,825 MPa. Hasil di

atas menunjukkan bahwa orientasi anyaman serat Arenga pinnata memiliki ikatan yang lebih

baik antara serat dan matriks dibandingkan dengan pola orientasi panjang random dan pendek

random.

Pengusul sendiri, telah melakukan beberapa penelitian awal tentang serat Arenga pinnata

yaitu untuk menguji sifat fisik, mekanik dan kandungan kimia dan kandungan logam dari serat

Arenga pinnata dimana hasilnya dapat diperhatikan pada tabel karakter serat Arenga pinnata pada

pembahasan di bawah. Berdasarkan pengamatan dari beberapa studi yang telah dilakukan,

terutama penelitian tentang pengujian sifat mekanik komposit serat Arenga pinnata, maka

penelitian tentang pengaruh perlakuan dengan larutan alkali NH4OH NaOH, dan KOH serta

variasi panjang serat 10 mm dan 50 mm terutama pada sifat dinamis dari komposit epoxy

berpenguat serat Arenga pinnata belum pernah dilakukan, setidaknya dalam analisis kuantitatif

dan komparatif, sehingga bisa menjadi fokus dalam penelitian ini.

Roadmap penelitian dalam upaya pengembangan dan pemanfaatan serat Arenga pinnata

yang merupakan serat alam hasil tanaman lokal dipaparkan secara utuh sebagai berikut:

Tabel 2.1 Roadmap Penelitian Pengembangan Serat Arenga pinnata sebagai Bahan Komposit

Topik Target 2013 Target 2014 Target 2015

Pemanfaatan Serat Arenga pinnata sebagai bahan komposit ramah lingkungan

Pengujian karakter

Fisik,mekanik, kimia organik, kimia anorganik serat Arenga pinnata

Pengujian lanjut sifat statis dan dinamis komposit epoxy- serat Arenga pinnata

Aplikasi skala industri kecil untuk bahan nonstruktural dan proteksi

2.2. Serat Alam dan Matrik Polimer

 

Serat-serat ijuk yang dihasilkan oleh pohon aren (Arenga pinnata) yaitu dari pangkal

pelepah daun dapat dipanen setelah pohon tersebut berumur 5 tahun dan secara tradisional sering

digunakan sebagai bahan pembungkus pangkal kayu-kayu bangunan yang ditanam dalam tanah

untuk mencegah serangan rayap. Serat Arenga pinnata mempunyai sifat fisik di antaranya :

berupa helaian benang (serat) berwarna hitam, berdiameter 0,1- 0,5 mm, bersifat kaku dan tidak

mudah putus, tidak mudah rapuh, sangat tahan terhadap genangan asam dan air yang mengandung

garam. (arengabroom.blogspot.com/).

Gambar 2.1. Pohon Aren dan Serat Arenga pinnata

Tabel 2.2. Komposisi Kandungan Unsur Kimia pada Serat Arenga pinnata

No Selulosa % Hemiselulosa %

Lignin %

Water content

%

Ekstrak Content

%

Ref.

1 50,337 5,2 41,88 0,5447 2,585

2 35,56 15,88 43,09 8,895 - Evi C, 2008

3 30,10 15,88 52,87 - - Purnomo,2012 4 52,3 5,6 31,5 - 4.4 Sahari J,2012

Tabel 2.3. Sifat Fisik Serat Arenga pinnata

No Density gr/cm3

Porosity % Water absorbtion air %

Diameter mm

Ref

1 1,29 - - 0,1-0,311 Bachtiar,2010

2 1,136 - - - Evi , 2008

3 - - 103,8 0,221- Sahari ,2012

Tabel 2.4. Sifat Mekanik Serat Arenga pinnata

No Tensile strength N/mm2

Elongation %

Modulus Elastisity,GPa

Ref

1 190,29 19,6 3,69 Bachtiar,2010

 

2 276,6 22,3 5,9 Sahari ,2012

Kandungan selulosa serat Arenga pinnata tinggi menunjukkan sifat mekanik kekuatan lentur

yang tinggi, sedangkan kadar lignin yang tinggi menunjukkan kekuatan tarik serat yang tinggi.

Kandungan unsur logam yang paling dikandung serat Arenga pinnata adalah silicon, yaitu 1571,

36 mg/kg.

Kemudian, matriks adalah bahan yang berfungsi sebagai salah satu penguat mengikat yang

lain. Bahan yang biasanya digunakan sebagai matrik adalah logam, keramik, karbon atau polimer.

Fungsi matriks material komposit adalah untuk menjaga serat atau partikel dalam struktur

komposit dan membantu mendistribusikan beban yang diterima oleh penguat komposit, atau

pengisi serta untuk melindungi dari kerusakan oleh lingkungan sekitarnya . Resin polimer epoxy

yang tergolong polimer termoset dipilih karena memiliki kekuatan mekanik yang baik dan

kerapatan cukup besar, masing-masing 72 MPa dan 1,15 gr/cm3.

2.3 Perlakuan Permukaan Serat

Serat alam memiliki banyak keuntungan namun pada kenyataannya serat alami juga banyak

kelemahan termasuk adalah kekuatan rendah terutama terhadap beban kejut, keandalan rendah,

mudah menyerap air, tidak tahan pada suhu tinggi. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, serat

harus diproses sebelumnya dengan perlakuan permukaan atau modifikasi permukaan. Salah satu

cara yaitu dengan perlakuan kimia seperti dengan reduksi dengan larutan alkali, permanganat dan

penggunaan kopling (coupling agent). Perlakuan permukaan bertujuan untuk mengurangi sifat

permukaan serat yang hidrofilik, membersihkan serat dari kotoran, meningkatkan porositas dan

kekasaran permukaan, dan memperbaiki sifat keterbasahan serat tersebut. Penentuan konsentrasi

larutan alkali dan waktu perendaman yang tepat dapat menghasilkan sifat mekanik yang optimal

dari komposit.

Gambar 2.2 Mekanisme Perlakuan Permukaan

 

2.4. Panjang Serat

Ada dua hal yang membuat serat dapat menahan beban secara efektif, yaitu jika ikatan

antara serat dan matriks sangat baik dan kuat, sehingga serat tidak mudah dipisahkan dari matriks

(debonding) dan kedua, adanya kontinuitas (aspect ratio) , yaitu rasio antara panjang dan

diameter serat harus cukup besar. Hal ini diperlukan agar tegangan geser yang terjadi pada

permukaan serat dan matriks kecil, biasanya diperlukan kontinuitas serat lebih besar dari 100,

sehingga serta mampu melaksanakan tugasnya dengan baik. Bentuk geometri serat Arenga

pinnata seperti silinder panjang dengan rasio antara panjang dengan diameter yang sangat besar,

di mana pada serat panjang dengan diameter serat dianggap tetap dalam matriks polimer, maka

luas permukaan antarmuka antara serat dan matriks menjadi besar membuat material komposit

kuat. Jadi, makin panjang serat maka makin kuat komposit . Masalah utama untuk serat pendek

adalah tegangan sisa di tepi serat, orientasi serat mudah berubah, dan tegangan geser besar di

daerah setempat, yang membuat komposit serat pendek tidak cukup kuat jika dibandingkan

dengan komposit dengan serat panjang.

Gambar 2.3. Perluasan Antarmuka dengan Perpanjangan Serat

2.5 Pengujian Tarik Komposit

Kekuatan tarik komposit dipengaruhi oleh sifat-sifat serat dan matrik serta fraksi volume

serat atau fraksi berat serat. Analisis kekuatan komposit biasanya dilakukan dengan

mengasumsikan ikatan serat dan matrik sempurna. Analisa data secara manual menggunakan

kurva tegangan-regangan tarik yang dibuat dari data tegangan-regangan secara longitudinal dari

benda uji. Tegangan dan regangan tarik dapat diperoleh dengan rumus :

Tegangan Tarik

0A

P ………………………………………………….. (2.1)

dengan :

: Tegangan Tarik (N/mm2)

P : Beban (N)

 

Ao : Luas Penampang Awal (mm2)

Regangan Tarik

0

0

LA

LL ………………………………………………….. (2.2)

dengan :

: Regangan Tarik (mm/mm)

Lo : Panjang Awal (mm)

L : Panjang Akhir (mm)

Modulus Elastisitas :

E ………………………………………………….. (2.3)

dengan :

E : Elastisitas atau Modulus Young (N/mm2)

: Perbedaan Tegangan di daerah elastis (N/mm2)

: Perbedaan Regangan di daerah elastis (mm/mm)

2.6. Frekuensi Natural dan Damping Ratio

Frekuensi alami adalah keadaan di mana suatu benda bergetar bila tidak terganggu oleh

kekuatan luar. Setiap derajat kebebasan dari sebuah objek memiliki frekuensi alaminya,

dinyatakan sebagai fn. Frekuensi adalah sama dengan kecepatan getaran dibagi dengan panjang

gelombang atau untuk sistem massa-pegas sederhana, fn didefinisikan sebagai (ref:wikipedia):

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

dengan k = kostanta kekakuan pegas

m = massa struktur

Berdasarkan formula ini diketahui bahwa lebih kaku bahan maka frekuensi alami itu lebih

besar, dan sebaliknya. Persamaan lain untuk menghitung frekuensi alami tergantung pada sistem

getaran. Frekuensi alami dapat berupa teredam atau teredam, tergantung pada apakah sistem

memiliki redaman yang signifikan. Rasio redaman adalah parameter, biasanya dilambangkan

 

dengan ζ (zeta) yang mencirikan rasio respon frekuensi yang berurutan. Redaman rasio

menyediakan sarana matematika untuk mengekspresikan tingkat redaman dalam sistem relatif

terhadap redaman kritis. Untuk osilator harmonik teredam dengan massa m, redaman koefisien c,

dan k konstanta pegas, maka dapat didefinisikan sebagai rasio koefisien redaman dalam sistem

persamaan diferensial untuk koefisien redaman kritis (ref :wikipedia):

................................................................................(2.5)

Dengan cc = redaman kritis = 2 m. 2 π √ /

2.7. Modal Analysis Experiment

Modal anayisis Experiment atau analisis modal eksperimental biasanya didefinisikan

sebagai penentuan frekuensi alami dari getaran, bentuk modus, dan rasio redaman dari

pengukuran getaran atau analisis modal eksperimental adalah metode untuk menggambarkan

struktur dalam hal karakteristik frekuensi natural, redaman dan bentuk modus – yang ketiganya

adalah sifat dinamis. Fungsi Respon Frekuensi (FRF) adalah dasar pengukuran yang mengisolasi

sifat dinamis yang melekat pada struktur mekanik. Parameter modal eksperimental (frekuensi,

redaman, dan bentuk modus) juga diperoleh dari satu set pengukuran FRF.

Tergantung pada apakah gerakan respon diukur sebagai perpindahan, kecepatan, atau

percepatan, FRF dan inversnya dapat memiliki berbagai nama, Compliance (perpindahan / gaya),

Mobilitas (kecepatan / kekuatan), Inertance atau Receptance (percepatan / gaya) , Kekkakuan

Dinamis (1 / Compliance),, Impedansi (1 / Mobility) dan Mass Dinamis (1 / Inertance).

Mekanisme pengujian digambarkan pada Gambar 2.4.. Peralatan berikut ini diperlukan untuk

melakukan tes impact.

Gambar 2.4. Impact Testing. ( Ref : Schwarz)

 

BAB III

TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1. Tujuan penelitian

Tujuan khusus dari penelitian ini adalah mengembangkan pemahaman mendasar yang

lebih baik terhadap perilaku mekanik baik sifat statis maupun dinamis dari komposit serat alami

dalam bentuk pemodelan dan formulasi yang akan memungkinkan optimasi dan desain aplikasi

teknik yang baru. Karakteristik statik meliputi kekakuan bahan dan kekuatan tarik bahan, baik

dari serat penguat, bahan matrik maupun komposit, sedangkan karakteristik dinamik meliputi

frekuensi natural komposit dan rasio redaman (damping ratio) dari komposit. Kedua sifat ini,

statis dan dinamis, berhubungan erat satu sama lain, dimana kekakuan bahan menentukan nilai

frekuensi natural komposit dan nilai rasio redaman komposit. Perlakuan alkali mempengaruhi

kekakuan dan kekuatan serat, demikian juga beberapa parameter seperti panjang serat

mempengaruhi sifat mekanik dari komposit, untuk lebih jelasnya berapa kualitas dan kuantitas

 

pengaruh tersebut perlu dilakukan pengujian, analisis dan pemodelan fisik dan numerik.

Pemodelan dan formulasi ini memudahkan nantinya dalam optimasi desain dan aplikasi teknik.

Secara ringkas tujuan khusus penelitian ini adalah untuk meneliti dan menafsirkan pengaruh

perlakuan permukaan serat dengan perendaman larutan alkali menggunakan larutan NH4OH,

NaOH dan KOH serta efek dari variasi panjang serat 10 mm dan 50 mm pada sifat mekanis seperti

karateristik statis dan dinamis komposit serat Arenga pinnata-epoxy .

3.2. Manfaat Penelitian

Dalam rangka mengembangkan komposit yang terbuat dari serat alami dimana dibutuhkan

sifat mekanik yang baik seperti kekakuan, ketahanan, kekuatan, dan kehandalan, perlu untuk

mempelajari perilaku mekanik dari komposit serat alami. Sifat mekanik dari komposit diperkuat

serat alam tergantung pada banyak parameter, seperti kekuatan serat, modulus elastisitas serat,

panjang serat, orientasi, fraksi volume dan kekuatan ikatan antar muka serat -matriks. Perilaku

mekanik seperti kekuatan tarik dan frekuensi alami dari komposit sangat penting untuk diketahui

sebelum komposit diterapkan di berbagai bidang. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk

menentukan sifat mekanik seperti karakteristik statis dan dinamis komposit Arenga pinnata-

epoxy . Pemahaman yang lebih baik akan membantu upaya pengembangan penggunaan produktif

serat Arenga pinnata, mengurangi masalah lingkungan dari limbah biomassa serta untuk

mengembangkan bahan alternatif pengganti logam. Manfaat penelitian ini adalah mendapatkan

hubungan mekanika statis dan dinamis komposit epoxy berpenguat serat Arenga pinnata,

termasuk pengaruh perlakuan alkali terhadap kekakuan dan kekuatan serat Arenga pinnata serta

pengaruh variasi panjang serat terhadap sifat statis dan dinamis komposit. Kemudian,

mengembangkan pemodelan fisik dan numerik untuk menggambarkan hubungan antara sifat

statis dan dinamis komposit, serta secara berkesinambungan berusaha dan berinovasi

mengembangkan material baru yaitu komposit berbahan serat alam, yang selain ramah

lingkungan juga memberikan nilai tambah bagi komoditi lokal.

 

BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1. Rancangan Penelitian

Dalam upaya untuk meningkatkan kompatibilitas antarmuka, serat Arenga pinnata harus

dimodifikasi pada permukaan serat, yang berkaitan dengan penelitian ini tentang bagaimana

pengaruh perlakuan kimia NH4OH, NaOH dan KOH , dengan konsentrasi NH4OH, NaOH dan

KOH adalah 0, 25 M dan waktu perendaman adalah 1 jam. Pengaruh panjang serat dengan variasi

orientasi serat random akan dievaluasi, dimana variasi panjang, pendek 10 mm dan panjang

adalah 50 mm. Dalam studi ini, pengujian tarik komposit digunakan untuk memperoleh

 

karakteristik statis dan pengujian modal digunakan untuk memperoleh karakteristik dinamik dari

material komposit. Ada 3 macam variabel yaitu; independent variable: perlakuan alkali

NH4OH,NaOH dan KOH, serta panjang serat. Kemudian, dependent variable meliputi kekuatan

tarik dan frekuensi respon, serta controlled variable yaitu konsentrasi larutan, waktu

perendaman, orientasi dan fraksi berat serat.

4.2. Alat dan Bahan

1. Serat Arenga pinnata yang berasal dari Bali, Indonesia

2. Bahan perlakuan permukaan : NH4OH (amonium hydroxide), NaOH (Sodium hydroxide)

dan KOH (potassium hydroxide)

3. Bahan kimia lainnya : HCL( Chloride Acid), Acetone, Aquades

4. Bahan matrik :Resin epoxy dan hardener

5. Bahan molding :kaca, Adhesive, Transparan plastic

6. Alat Uji Tarik Universal

7. Alat uji Fractography: Scanning Electro Microscopy(SEM)

8. Modal Analysis Test

9. Peralatan penunjang :PH-meter, Neraca digital Libror EB-3200 H, untuk menimbang

berat, gelas ukur dan gelas kertas, timer, mesin potong , Amada V300, Amada Co.Ltd,

mistar ukur, Oven merkl Isuzu, Hot Air Rapid, untuk mengerimgkan serat, Kotak anti

kelembaban, perlatan cetak komposit Injection Moulding terbuat dari kayu dan kaca

4.3 Prosedur Pengujian

Perlakuan Permukaan :

Serat Arenga pinnata serat dikumpulkan dari Gianyar Bali, Indonesia, serat Arenga pinnata

itu dicuci dengan air sampai bersih kemudain dikeringkan selama sekitar dua minggu di suhu

kamar, seperti yang dilakukan secara tradisional. Setelah itu siapkan empat kotak, satu untuk serat

tanpa treatment, satu untuk perlakuan NH4OH, satu untuk NaOH dan satu untuk KOH.

Perbandingan berat serat dan larutan 1:20, konsentrasi masing –masing larutan 0,25 M dan waktu

rendaman 1 jam. Kemudian serat-serat dibilas sampai bersih (pH 7) dan dikeringkan dalam oven

pada suhu 100 C selama 24-48 jam. Masing-masing sampel serat kemudian di foto dengan

 

menggunakan SEM untuk mengetahui perubahan morfologi serat sebelum dan setelah mengalami

perlakuan.

Tabel 4.1. Kekuatan Basa dan pH Larutan Alkali Parameter NH4OH NaOH KOH

pKb 4,75 basa lemah

1 basa kuat

0,5 basa kuat

pH (diukur pada 0,25 M/100

ml)

8,8 9,2 9,3

Pembuatan komposit

Dimensi papan komposit adalah 150 mm (L) x 150 mm (W) x 3 mm (T) . Peralatan yang

diperlukan untuk cetakan yang digunakan untuk meletakkan bahan ke dalam gelas kertas, plastik

transparansi untuk lapisan bawah dan atas, dan bingkai spacer.

Cetakan terbuat dari kaca dan plastik transparansi dimana proses pembuatan cetakan digunakan

molding atas dan bawah . Serat pendek dipotong 10 mm- sedangkan serat panjang dipotong 50

mm. Keduanya dipasang secara random, fraksi berat serat adalah 40 %, kemudian serat

ditempatkan di atas plastik transparansi di dasar cetakan yang sudah disiapkan. Awalnya, epoxy

dan hardener dicampur bersama-sama didasarkan pada persentase berat untuk membentuk sebuah

matriks, dimana rasio antara resin epoxy dan hardener adalah 1:1 berdasarkan volume, kemudian

matriks tersebut dituangkan di atas serat dan dikompresi dan merata sampai mencapai ketebalan

3 mm. Cara terbaik untuk mempersiapkan proses curing untuk menghasilkan uji mutu spesimen

standar adalah dengan mencampur epoxy dan hardener selama kurang lebih 10 menit. Waktu

curing adalah sekitar 20-24 jam sampai pelat komposit kering merata yang diterapkan pada

kondisi suhu kamar 25-30 ° C. Hasil cetak komposit terdiri cetakan epoksi saja, cetakan komposit

tanpa perlakuan panjang serat 10 mm dan 50 mm, cetakan komposit perlakuan NH4OH panjang

serat 10 mm dan 50 mm, komposit perlakuan NaOH panjang serat 10 mm dan 50 mm serta

komposit perlakuan KOH panjang serat 10 mm dan 50 mm, jadi total ada 9 cetakan.

Uji Tarik dan Uji Modal Analysis

Uji statis diwakili oleh uji tarik untuk mengetahui kekuatan tarik komposit dan modulus

elastisitas komposit. Dimensi dan geometri spesimen uji untuk uji kekuatan tarik mengikuti

standar ASTM D 3039, dilakukan paling sedikit setiap perlakuan 3 spesimen uji. Pembuatan

spesimen dan pengujian dilakukan di Laboratorium Material, Jurusan Teknik Mesin, Universitas

Udayana.

 

Kemudian uji dinamis yang kadang-kadang disebut pengujian modal, adalah metode untuk

mengekstrak parameter modal seperti frekuensi alami, nilai redaman, dan bentuk modus dari

Fungsi Frekuensi Respon struktur sampel. Dalam penyusunan sampel, pelat komposit yang

memiliki dimensi 100 mm x 100 mm x 3 mm disiapkan, dibagi menjadi 25 poin grid yang diukur

dalam kisaran 0-2.000 Hz untuk mengidentifikasi karakteristik modal. Selanjutnya, dari hasil

analisis statis dan dinamis disusun model dan formulasi matematis untuk memudahkan prediksi

dan optimasi karakter mekanik komposit yang akan dibuat berikutnya

Gambar 4.1. Peralatan Test Modal Analysis

Secara keseluruhan aktifitas penelitian dapat diringkas dalam diagram fishbone berikut :

Gambar 4.2. Diagram Fishbone Penelitian Pengembangan Komposit Serat Arenga pinnata

Tempat penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Material dan Laboratorium

Produksi Program Studi Teknik Mesin Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung, Bali ,

sedangkan untuk pengujian Modal Analysis dilakukan Di Laboratorium Mekanika Getaran dan

Akustik di Program Studi Teknik Mesin Universitas Gajah Mada, Yogyakarta.

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakter mekanik baik statis maupun dinamis

komposit serat Arenga pinnata dengan matrik epoxy, dimana kedua sifat ini mempunyai

hubungan erat satu sama lain. Penelitian ini diharapkan menemukan fenomena perubahan

Uji karakter mekanik komposit, Statik 

Uji karakter serat: fisik,kimia, logam, mekanik 

Uji  mekanik komposit dinamik 

Model dan formulasi hasil analisis 

Pengembangan komposit serat Arenga pinnata 

 

karakter statis dan dinanis serat sebagai fungsi dari pengaruh perlakuan permukaan serat dan

variasi parameter komposit seperti variasi panjang serat Arenga pinnata. Indikator pencapaian

dalam penelitian ini adalah paket teknologi tepat guna produksi komposit serat alam, proseding

seminar nasional dan jurnal Internasional.

4.4. Diagram Alir Penelitian

 

Gambar 4.3. Diagram Alir Penelitian

BAB V

 

HASIL YANG DICAPAI

5.1. Pengujian Tarik Hasil pengujian tarik menunjukkan beberapa hal, pertama, kehadiran serat Arenga

pinnata sebagai pengisi juga sebagai penguat komposit, dimana terdapat peningkatan

kekuatan yang signifikan dibandingkan matrik epoksi. Kedua, perlakuan alkali

memberikan perubahan pada kekuatan tarik serat Arenga pinnata, dimana komposit

dengan serat Arenga pinnata dengan perlakuan alkali memiliki kekuatan tarik relatif

lebih besar dibandingkan komposit dengan serat Arenga pinnata tanpa perlakuan.

Komposit dengan serat Arenga pinnata perlakuan KOH mempunyai kekuatan tarik yang

terbesar, diikuti perlakuan NaOH kemudian NH4OH yang tidak begitu berbeda dengan

tanpa treatment. Ditemukan juga bahwa variasi panjang serat, relatif ada perbedaan

sedikit, dimana komposit dengan serat lebih panjang memiliki kekuatan tarik lebih besar,

namun karena perbedaan panjang tidak besar, demikian juga perbedaan kekuatan

tariknya tidak begitu besar.

Keterangan : TP = Tanpa perlakuan

Gambar 5.1. Grafik Tegangan Tarik Komposit

Hal ini disebabkan larutan KOH dan NaOH tergolong basa kuat, jadi lebih reaktif

dibandingkan NH4OH yang tergolong basa lemah. Basa kuat artinya kelarutan basa lebih

besar dibandingkan basa lemah, dengan konsentrasi dan waktu rendaman yang sama,

 ‐

 2,00

 4,00

 6,00

 8,00

 10,00

 12,00

 14,00

 16,00

 18,00

 20,00

epoxy NH4OH10mm

NH4OH50mm

NaOH10mm

NaOH50mm

KOH10mm

KOH50mm

TP 10mm TP 50mm

Tegangan tarik (MPa)

Jenis Spesimen

σ

 

relatif lebih banyak lapisan hemiselulosa dan lignin pada serat ijuk yang dapat diuraikan

oleh larutan tersebut, sehingga serat lebih bersih dan makin berpori yang nantinya

berdampak pada peningkatan kekuatan adhesi antara permukaan serat dan matrik. Hasil

ini didukung hasil uji foto SEM yang menunjukkan adanya perubahan permukaan serat

akibat perlakuan alkali di atas.

Gambar 5.2. a) Serat tanpa perlakuan b) Serat dengan perlakuan NH4OH 0,25 M c)

Serat dengan Perlakuan NaOH 0,25 M d) Serat dengan perlakuan KOH 0,25 M

Hasil foto SEM, gambar (a) menunjukkan serat Arenga pinnata tanpa perlakuan mempunyai

permukaan yang tebal terlapisi oleh hemiselulosa dan lignin yang berfungsi untuk melindungi

selulosa. Setelah serat diberi perlakuan kimia yaitu direndam dalam larutan alkali( NHaOH,

NaOH dan KOH) dengan konsentrasi 0,25 M selama 1 jam, maka sebagian besar zat non-selulosa

telah terurai, permukaan serat lebih bersih dan berpori karena lapisan luar (hemiselulosa dan

lignin) terkelupas dan banyak kandungan kimia larut dalam larutan alkali tersebut. Makin kuat

basa dari larutan maka makin besar daya larut atau kelarutan dari larutan tersebut terhadap

permukaan serat, seperti terlihat pada gambar (d) permukaan lebih bersih dan berpori, artinya

lebih banyak bagian hemiselulosa dan lignin yang terurai, dibandingkan dengan permukan serat

pada gambar(c) dan (b). Secara fisik dan mekanik, permukaan serat yang bersih dan berpori lebih

meningkatkan daya lekat antara serat dengan matrik ketika dibuat komposit. Kemudian, secara

kimia, perlakuan kimia mengurangi sifat hidrofilik dari serat, diketahui sifat hidrofilik ini

menghambat reaksi efektif antara serat dengan matrik. Namun, bila kekuatan basa terlalu kuat

 

bisa mengakibatkan beberapa bagian selulosa ikut terurai dan hal ini justru dapat melemahkan

kekuatan serat.

Selanjutnya, panjang serat merupakan salah satu faktor yang menentukan kekuatan

komposit, dimana makin panjang serat maka daerah kontak permukaan antara serat dan

matrik lebih luas dalam volume komposit yang sama, dimana makin luas daerah kontak

maka ikatan adhesi yang terjadi makin besar yang berakibat makin kuat komposit

tersebut. Seperti diketahui, panjang dan diameter serat merupakan faktor yang

mempengaruhi kekuatan tarik serat, dimana panjang serat berbanding diameter serat

disebut sebagai aspect ratio. Jika aspect ratio makin besar maka semakin besar pula

kekuatan tarik serat pada komposit, jadi hal ini yang membuat komposit dengan panjang

serat 50 mm rata-rata memiliki kekuatan tarik lebih besar dibandingkan panjang serat 10

mm.

Keterangan : TP = Tanpa perlakuan

Gambar 5.3. Grafik Regangan Komposit

Sementara itu, pola regangan menunjukkan hal dimana epoksi mempunyai

kemampuan regangan terkecil sedangkan komposit dengan serat tanpa perlakuan

mempunyai regangan terbesar disusul perlakuan NH4OH,NaOH dan KOH. Sedangkan,

harga modulus Young atau modulus Elastisitas yang merupakan ukuran kekakuan

komposit, makin besar harga modulus maka makin kaku atau makin rigid suatu

komposit, dimana komposit dengan serat Arenga pinnata perlakuan KOH panjang serat

50 mm memiliki nilai modulus elastisitas terbesar yaitu 1,52 GPa berarti komposit

 ‐

 0,20

 0,40

 0,60

 0,80

 1,00

 1,20

 1,40

 1,60

 1,80

epoxy NH4OH10mm

NH4OH50mm

NaOH10mm

NaOH50mm

KOH10mm

KOH50mm

TP10mm

TP50mm

%, ε

Jenis Spesimen

ɜ(Regangan)

 

dengan perlakuan NH4OH 50 mm memiliki nilai kekakuan yang paling besar diantara

komposit lainnya

Keterangan : TP = Tanpa perlakuan

Gambar 5.4. Grafik Modulus Young Komposit

Harga Modulus Young merupakan perbandingan dari nilai kekuatan tarik komposit

dan nilai regangan dari komposit, dimana makin besar harga kekuatan tarik makin besar

harga modulus sedangkan jika regangan makin besar maka harga modulus menurun. Jadi

harga Modulus Young menunjukkan kekakuan suatu bahan yaitu diperlukan energi yang

lebih besar untuk menarik bahan komposit tersebut agar terjadi besar regangan yang

sama dengan komposit yang dibandingkan.

5.2. Pengujian Modal Analysis

Bagian uji modal ini difokuskan untuk menjelaskan temuan yang didapat selama

eksperimen untuk menentukan karakteristik dinamis dari komposit. Ada dua parameter

yang diukur yaitu frekuensi natural dan rasio damping dari masing-masing spesimen.

 ‐

 0,50

 1,00

 1,50

 2,00

epoxy NH4OH10mm

NH4OH50mm

NaOH10mm

NaOH50mm

KOH10mm

KOH50mm

TP10mm

TP50mm

E,( GPa)

Jenis Spesimen

E, Modulus Young

 

5.2.1. Frekuensi Natural

Tabel 5.1 menunjukkan hasil frekuensi natural dari komposit epoxy berpenguat serat

Arenga pinnata untuk perlakuan permukaan dan panjang serat yang berbeda.

Berdasarkan data tersebut, dapat diketahui bahwa ada pengaruh yang cukup signifikan

pada karakter dinamis akibat penambahan serat Arenga pinnata bila dibandingkan pada

bahan matrik epoxy saja, karena penambahan serat sebagai penguat akan makin

memperkuat struktur komposit dan juga menjadikan struktur komposit lebih kaku.

Tabel 5.1. Frekuensi Natural dari komposit Epoxy/Serat Arenga pinnata (dalam kHz)

Jenis Spesimen Panjang Serat 10 mm Panjang Serat 50 mm Epoxy 0,180 Komposit Tanpa Treatment 0,525 0,536Komposit–NH4OH Treatment 0,543 0,552Komposit- NaOH Treatment 0,625 0,635Komposit- KOH Treatment 0,767 0,825

Tabel 5.1 menunjukkan frekuensi natural dari masing-masing jenis spesimen, yang

mengindikasikan bahwa komposit epoxy berpenguat serat Arenga pinnata hasil

perlakuan KOH dan panjang serat 50 mm menunjukkan nilai frekuensi natural terbesar

yaitu 0,825 kHz, kemudian dengan panjang serat 10 mm, serta di bawahnya adalah nilai-

nilai dari komposit-NaOH treatment, NH4OH treatment dan komposit-serat tanpa

treatment. Komposit dengan serat perlakuan KOH menunjukkan frekuensi natural lebih

tinggi dibanding lainnya karena komposit ini memiliki kekakuan atau modulus

elastisitas paling besar dibandingkan komposit lainnya. Berdasarkan formula frekuensi

natural, frekuensi natural dari struktur bergantung pada kekakuan dan massa struktur.

Karena itu, kekakuan mempengaruhi frekuensi natural dimana makin meningkat

kekakuan suatu struktur maka makin meningkat pula nilai frekuensi natural. Untuk masa,

peningkatan nilai massa bisa mengurangi nilai frekuensi natural struktur. Dalam hal ini,

setiap materi yang diteliti memiliki kepadatan yang sama yaitu dengan fraksi berat 40

%, jadi pengaruh massa dapat diabaikan. Panjang serat mempengaruhi kekuatan dari

komposit, dimana komposit dengan serat yang lebih panjang memiliki kekuatan tarik

dan kekakuan lebih tinggi. Dari hasil ini, bisa disimpulkan bahwa komposit dengan serat

perlakuan KOH 0,25 M dan direndam selama 60 menit serta dengan panjang serat 50

mm memiliki frekuensi natural terbesar. Sifat dinamis ini berhubungan dengan Modulus

Young dari struktur karena nilai kekakuan selalu bergantung pada nilai-E( modulus

Young/modulus elastisitas). Karena itu, peningkatan Modulus Young selalu

 

meningkatkan nilai frekuensi natural, yang mengindikasikan bahwa struktur komposit

dengan nilai tinggi dalam Modulus Young dan kekuatan tarik akan lebih kaku serta

berhubungan linear dengan nilai frekuensi natural.

5.2.2. Rasio Damping

Berdasarkan formulasi teoritis rasio damping, maka kekakuan, massa dan puncak

damping bisa memberikan efek ke nilai rasio damping. Tabel 5.2 menunjukkan hasil uji

rasio damping dari beberapa jenis spesimen dimana terlihat ada pengaruh perlakuan

permukaan serat dan panjang serat terhadap sifat dinamis komposit.

Tabel 5.2. Rasio damping dari Komposit Epoxy/Serat Arenga pinnata

Jenis Spesimen Panjang Serat 10 mm Panjang Serat 50 mm Epoxy 0,035 Komposit Tanpa Treatment 0,065 0,064Komposit–NH4OH Treatment 0,035 0,031Komposit- NaOH Treatment 0,027 0,022Komposit- KOH Treatment 0,021 0,021

Tabel 5.2 menunjukkan efek perlakuan alkali serat dan panjang serat terhadap rasio

damping dari komposit, terlihat bahwa rasio damping komposit dengan serat tanpa

treatment dengan panjang serat 10 mm mempunyai rasio damping terbesar, yaitu 0,065,

disusul dengan panjang serat 50 mm, kemudian di bawahnya berturut-turut komposit

dengan perlakuan NH4OH, NaOH dan KOH. Komposit dengan serat tanpa treatment

menunjukkan rasio damping yang tinggi, nilai ini cocok dengan formulasi teoritis karena

penurunan kekakuan akan memberikan kenaikan nilai dalam rasio damping. Panjang

serat juga mempengaruhi nilai rasio damping, dimana dalam hasil penelitian ini

perubahan yang terjadi tidak begitu besar, namun tetap mengikuti kecenderungan

perubahan yang sebanding dengan perubahan sifat kekakuan komposit.

 

Sifat statis yaitu kekuatan tarik dan kekakuan/modulus Young serta sifat dinamis yaitu

frekuensi natural dan rasio damping dari komposit mempunyai hubungan, dimana kekuatan tarik

dan kekakuan memiliki hubungan sebanding dengan frekunsi natural, makin kuat dan kaku suatu

komposit maka makin besar nilai frekuensi naturalnya, sedangkan kekuatan tarik dan kekakuan

mempunyai hubungan berbanding terbalik dengan rasio damping, yaitu makin kuat dan kaku

komposit maka makin kecil nilai rasio damping dari komposit tersebut.

Berdasarkan hasil penelitian ini, diketahui bahwa perlakuan alkali mempengaruhi kekuatan

tarik dan kekakuan serat Arenga pinnata, yang nantinya juga mempengaruhi kekuatan dan

kekakuan komposit. Pada kondisi perlakuan yang sama, konsentrasi larutan 0,25 M dan lama

rendaman 1 jam, larutan alkali dengan kuat basa terbesar yaitu larutan KOH menghasilkan serat

dengan kekuatan tarik dan kekakuan serat tertinggi, disusul perlakuan NaOH yang mempunyai

kuat basa lebih rendah dari larutan KOH, kemudian perlakuan NH4OH yang mempunyai kuat

basa lebih kecil dari NaOH. Selanjutnya, panjang serat, juga mempengaruhi kekuatan tarik dan

kekakuan komposit, dimana makin panjang serat maka daerah kontak permukaan antara

serat dan matrik lebih luas dalam volume komposit yang sama, dimana makin luas daerah

kontak maka ikatan adhesi yang terjadi makin besar yang berakibat makin kuat komposit

tersebut. Seperti diketahui, panjang dan diameter serat merupakan faktor yang

mempengaruhi kekuatan tarik serat, dimana panjang serat berbanding diameter serat

disebut sebagai aspect ratio. Jika aspect ratio makin besar maka semakin besar pula

kekuatan tarik serat pada komposit, jadi hal ini yang membuat komposit dengan panjang

serat 50 mm rata-rata memiliki kekuatan tarik lebih besar dibandingkan panjang serat 10

mm.

 

BAB VI

RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA

Pada tahapan berikutnya, yaitu sesuai dengan roadmap penelitian ini maka dilakukan aplikasi

hasil karakterisasi komposit epoxy berpenguat serat ijuk pada proses manufaktur komposit atau

produksi komposit yang tergolong teknologi tepat guna untuk menghasilkan beberapa produk

non-struktural seperti pelapis body bagian dalam kendaraan, yang dapat meredam getaran atau

benturan yang terjadi. Selain itu, aplikasi pada produk yang berfungsi sebagai bahan proteksi atau

pelindung, seperti pada produk papan atau panel partisi ruang kerja.

 

BAB VII

KESIMPULAN DAN SARAN

Sebagai kesimpulan dari penelitian ini, berdasarkan hasil uji tarik komposit diketahui kehadiran

serat Arenga pinnata sebagai pengisi juga sebagai penguat komposit, menyebabkan terjadinya

peningkatan kekuatan yang signifikan dibandingkan dengan matrik epoxy saja. Kemudian, ketiga

jenis perlakuan permukaan dengan larutan alkali memberikan perubahan pada kekuatan tarik

serat Arenga pinnata, dimana komposit dengan serat Arenga pinnata dengan perlakuan alkali

memiliki kekuatan tarik relatif lebih besar dibandingkan komposit dengan serat Arenga pinnata

tanpa perlakuan. Komposit dengan serat Arenga pinnata perlakuan KOH mempunyai kekuatan

tarik dan kekakuan yang terbesar, diikuti perlakuan NaOH kemudian NH4OH yang tidak begitu

berbeda dengan komposit dengan serat tanpa treatment. Panjang serat juga mempengaruhi

kekuatan tarik komposit, dimana makin panjang serat yang digunakan maka makin tinggi

kekuatan tarik dan kekakuan dari komposit. Terkait hubungan sifat statis dan dinamis dari

komposit, kekuatan tarik dan kekakuan komposit makin besar maka makin besar pula nilai

frekuensi natural dari komposit sedangkan nilai rasio dampingnya makin menurun. Jadi, pada

kondisi konsentrasi larutan 0,25 M dan lama rendaman 1 jam, perlakuan dengan KOH pada serat

Arenga pinnata serta panjang serat 50 mm menghasilkan komposit epoxy/serat Arenga pinnata

dengan kekuatan tarik, kekakuan dan frekuensi natural tertinggi, serta terendah dalam rasio

damping.

 

DAFTAR PUSTAKA

1. Bachtiar D, Sapuan SM, Zainudin ES, Khalina A, Dahlan KZM. The tensile properties of single sugar palm (Arenga pinnata) fibre. IOP Conf Ser Mater Sci Eng. 2010;11(1):012012.

2. Dyah Annur,dkk,(2009), Optimasi Waktu Alkalisaasi terhadap Peningkatan Sifat Tarik Komposit Polyester Berpenguat Tekstil Serat Kenaf, Arena Tekstil Volume 24 :60-112

3. Evi Christiani S,(2008), Karakterisasi Ijuk pada Papan Komposit Serat Ijuk Pendek sebagai perisai Radiasi Netron,Tesis, Sekolah Pasca Sarjana, Universitas Sumatera Utara, Medan

4. Ishak MR, Sapuan SM, Leman Z, Sahari J, Ibrahim MS. Chemical composition of sugar palm (Arenga pinnata) fibres: the effects of natural degradation. In: Proceedings of the international conference on design and concurrent engineering (iDECON 2010), Malacca, Malaysia, 20–21 September. p. 136–140

5. Izzudin Zaman, et.al, Influence of Fiber Volume Fraction on The tensile Properties and Dynamic Characteristics of Coconout Fiber Reinfoerced Composite, Journal Of Science and Technology

6. Leman Z, Sapuan SM, Azwan M, Ahmad MMHM, Maleque MA.The effect of environmental treatments on fiber surface properties and tensile strength of sugar palm fiber-reinforced epoxy composites. Polym Plast Technol Eng. 2008;47(6):606–12.

7. Maia, Nuno M.M., Silva, Julio,M.M., (1997), Theoretical and Experimental Modal Analysis, Research Studies PressLTD., England

8. Sahari J, Sapuan SM, Ismarrubie ZN, Rahman MZA. Comparative study of physical properties based on different parts of sugar palm fibre reinforced unsaturated polyester composites. Key Eng Mater. 2011;471–472:502–6.

9. Sapuan SM, Ahmad MHM, Sastra HY. Chemical composition of ijuk (Arenga pinnata) fibre as reinforcement for polymer matrix composites. J Appl Technol. 2006;4(1):1–7

 

10. Sastra HY, Siregar JP, Sapuan SM, Leman Z, Hamdan MM. Tensile properties of Arenga Pinnata fibre-reinforced epoxy composites. Polym Plast Technol Eng. 2006;45:1–8.

11. Suriani MJ, Hamdan MMHM, Sastra HY, Sapuan SM. Study of interfacial adhesion of tensile specimens of Arenga pinnata fiber reinforced composites. Multidiscip Model Mater Struct. 2006;3(2):213–24.

12. Van de Weyenberg I, T. Chi Truong, B. Vangrimde 1, I. Verpoest,(2006), Improving the properties of UD flax fibre reinforced composites by applying an alkaline fibre treatment, Composites: Part A 37 (2006) 1368–1376

13. http://en.wikipedia.org/wiki/Composite_material. 14. http://arengabroom.blogspot.com/. 15. _________, Harmonie Measurement System, Getting Started User Manual, 01dB-Stell

MVI Technologies Group

LAMPIRAN

 

FOTO-FOTO PROSES PRODUKSI KOMPOSIT DAN UJI KOMPOSIT

Gambar 1. Proses pemberian mould release wax pada cetakan agar nanti hasil cetakan mudah dilepas dari cetakan

 

Gambar 2. Proses pencampuran resin dan hardener Epoxy kemudian dituangkan ke dalam wadah yang berada di dalam pot

Gambar 3 Peletakkan dan penyusunan serat ijuk panjang dalam cetakan dengan satu orientasi dialasi dengan plastik HDPE

Gambar 4 Cetakan ditutup dengan cetakan atas yang terbuat dari kayu setelah campuran resin dan hardener epoxy dituangkan diatas serat ijuk

Gambar 5 Cetakan dikunci dengan klem penjepit agar kedudukan cetakan tidak bergeser selama proses cetak komposit

Gambar 6 Hasil cetakan komposit Epoxy dengan filler Serat Ijuk

 

Gambar 7 Pengujian Kekuatan Tarik( Statik)

Gambar 8 Spesimen Uji Modal Analisis ( Dinamik)

Gambar 9 Perangkat Uji Modal Analisis

 

 

 

PENGARUH KUAT BASA LARUTAN ALKALI DAN PANJANG SERAT PADA KEKUATAN TARIK KOMPOSIT EPOKSI BERPENGUAT SERAT

IJUK

I G.N. Nitya Santhiarsa1, I K. Suarsana2

1Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran,Badung HP 0811392116, santhiarsa@yahoo.com

2Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung

Abstrak Proses delignifikasi pada serat alam yang menggunakan larutan kimia dipengaruhi oleh faktor konsentrasi larutan, suhu larutan, lama reaksi dan kekuatan reaksi dari larutan. PeneIltian ini difokuskan pada pengaruh kekuatan reaksi dari kuat basa larutan alkali yaitui amonium hidroksida (NH4OH), sodium hidroksida (NaOH) dan potasium hidroksida (KOH) serta variasi panjang serat ijuk terhadap kekuatan tarik komposit epoxy berpenguat serat ijuk. Larutan KOH mempunyai kekuatan basa palnig kuat disusul NaOH dan NH4OH. Serat ijuk direndam di dalam ketiga larutan dengan konsentrasi masing-masing 0,25 M dan lama waktu 1 jam. Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposit epoksi yang diperkuat dengan serat ijuk perlakuan KOH mempunyai kekutan tarik yang tertinggi, diikuti oleh komposit dengan perlakuan NaOH dan NH4OH. Pada konsentrasi dan waktu yang sama, 0,25 M dan 1 jam, basa yang lebih kuat lebih mampu menguraikan lignin dan hemiselulosa sehingga permukaan serat ijuk lebih bersih dan berpori yang nantinya menambah kekuatan adhesi antara permukaan serat dan permukaan matrik epoksi. Komposit dengan serat yang lebih panjang (50 mm) relatif memiliki kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan komposit dengan serat yang lebih pendek (10 mm), dikarenakan serat panjang memiliki aspek rasio yang lebih besar dibandingkan serat pendek. Kata kunci :Serat ijuk, larutan alkali, kekuatan tarik 1. Pendahuluan

Serat Ijuk (Arenga pinnata) memiliki ketahanan terhadap degradasi yang sangat baik, memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, dan ketersediaan melimpah. Salah satu fakta yang membuktikan kekuatan serat ijuk adalah serat ijuk sejak dulu sudah digunakan sebagai atap rumah di Bali, maupun daerah di Indonesia lainnya, bisa dilihat kondisi atap tradisional yang terbuat dari serat ijuk tetap dalam kondisi baik meski telah dipasang selama dua puluhan tahun. Kekuatan serat ijuk telah menarik minat banyak peneliti termasuk juga para peneliti material komposit. Terkait dengan pemanfaatan serat ijuk sebagai serat pengisi bahan komposit, beberapa studi telah dilakukan untuk menentukan potensi serat sebagai serat penguat dalam komposit, yaitu Bachtiar (2010), menyampaikan sebuah studi tentang pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat kekuatan tarik komposit epoksi berpenguat serat ijuk. Perlakuan dilakukan dengan menggunakan natrium hidroksida (NaOH) pada dua larutan konsentrasi yang berbeda 0,25 M dan 0,5 M dan tiga kali perendaman yang berbeda 1jam, 4 jam dan 8 jam. Spesimen komposit diuji untuk penentuan kekuatan tarik dengan hasil kekuatan tarik tertinggi pada konsentrasi 0,25 M dan waktu perendaman 1 jam yaitu 49,5 MPa. Sastra, dkk (2006), telah melakukan studi untuk menentukan sifat kekuatan tarik serat ijuk sebagai serat alami dan resin epoksi sebagai matriks. Serat ijuk dicampur dengan resin epoksi dengan variasi persentase berat serat 10%, 15%, dan 20% serat ijuk dan dengan orientasi serat yang berbeda seperti pendek random, panjang random, dan anyaman. Hasil dari tes tarik komposit epoksi diperkuat serat ijuk adalah bahwa anyaman serat ijuk dengan berat 10% menunjukkan nilai tertinggi untuk sifat tarik maksimum. Kekuatan tarik dan nilai-nilai modulus Young untuk komposit berat 10 % anyaman serat ijuk adalah 51,725 MPa dan 1255,825 MPa. Hasil di atas menunjukkan bahwa komposit dengan anyaman serat ijuk memiliki ikatan yang lebih baik antara serat dan matriks dibandingkan dengan serat panjang acak dan serat pendek acak. Widodo(2008) melakukan riset tentang kekuatan mekanik komposit epoksi berpenguat serat ijuk model lamina dengan orientasi acak, Dari hasil penelitian yang dilakukan didapatkan kekuatan tarik komposit tertinggi sebesar 5,538 kgf/mm

2pada fraksi berat ijuk 40% ,rata-rata kekuatan tarik tertinggi sebesar 5,128 kgf/mm2

pada fraksi berat ijuk 40%. Kekuatan im-pak komposit tertinggi sebesar 33,395 Joule/mm2

dengan kekuatan impak rata-rata 11,132 Joule/mm 2

pada fraksi berat ijuk 40%. Kemudian, hasil riset Mahmuda, dkk (2013),

 

tentang pengaruh panjang serat ijuk pada kekuatan tarik komposit epoksi, dimana variasi panjang serat adalah 30 mm, 60 mm dan 90 mm, menunjukkan kekuatan tarik dan regangan tertinggi dicapai pada komposit dengan panjang serat 90 mm, jadi makin panjang serat makin besar daya ikat antara serat dengan matrik. Seperti diketahui, perlakuan alkali untuk serat alam memberikan peningkatan kristalinitas selulosa dan penurunan kandungan hemi-selulosa dan lignin . Hal itu menunjukkan bahwa serat menjadi relatif ulet setelah penghilangan beberapa hemi-selulosa dan lignin serta dapat mengakibatkan kekakuan serat tinggi karena kristalinitas selulosa meningkat. Percobaan menggunakan larutan alkali selain NaOH seperti NH4OH (tergolong basa lemah) dan KOH basa kuat, lebih kuat dari NaOH), dimana masing-masing mempunyai kekuatan basa atau pH yang berbeda, kepada serat ijuk belum ada yang mencoba, setidaknya untuk penyelidikan kuantitatif, oleh karena itu studi seperti ini perlu dilakukan. Jadi dalam upaya untuk mengetahui pengaruh kekuatan basa larutan alkali terhadap kekuatan mekanik komposit serat ijuk-matriks epoksi, dilakukan modifikasi permukaan serat dengan variasi perlakuan alkali, NH4OH (amonium hidroksida),NaOH (sodium hidroksida) dan KOH (Potasium hidroksida), dimana ketiga perlakuan mempengaruhi karakter permukaan serat terkait upaya untuk membuat kompatibilitas yang lebih baik antara serat dan matriks serta membuat lebih baik kekuatan komposit, kemudian setelah pencampuran serat dan matriks untuk membuat komposit, variasi panjang serat pada komposit dilakukan juga untuk mengetahui apakah pengaruh variasi panjang serat pada sifat mekanis seperti kekuatan tarik komposit.

2. Pendekatan Pemecahan Masalah Metode penelitian yang digunakan adalah true experimental research dan dibagi dalam beberapa tahapan yaitu mulai dari studi literatur yang lebih menitikberatkan pada teori-teori tentang pengetahuan komposit dimana resin epoksi sebagai matrik dan serat ijuk sebagai penguat. Kemudian, eksperimen, diawali dengan kegiatan untuk memperoleh bahan-bahan yang dibutuhkan dalam penelitian, pengambilan ijuk, melakukan proses modifikasi permukaan serat ijuk dengan larutan alkali, pengujian SEM, serta pembuatan spesimen komposit matrik epoxy berpenguat serat ijuk dengan variasi panjang serat, kemudian melakukan uji kekuatan tarik komposit

Perlakuan permukaan.Serat ijuk dikumpulkan dari Gianyar Bali, Indonesia, serat dicuci dengan air sampai bersih kemudian dikeringkan selama dua minggu pada suhu kamar, seperti yang dilakukan secara tradisional. Setelah itu siapkan empat kotak, satu untuk serat tanpa perlakuan, satu untuk perlakuan NH4OH, satu untuk NaOH dan satu untuk KOH. Perbandingan berat serat dan larutan 1:20[1] konsentrasi masing –masing larutan 0,25 M dan waktu rendaman 1 jam. Pengukuran pH dilakukan dengan pH meter. Setelah 1 jam, bilas sampai bersih (pH 7) dan keringkan serat dalam oven pada suhu 100 C selama 24-48 jam. Masing-masing sampel serat kemudian di foto dengan menggunakan SEM untuk mengetahui perubahan morfologi permukaan serat

Tabel 1. Kekuatan Basa dan pH larutan Alkali Parameter NH4OH NaOH KOH

pKb 4,75 1 0,5

 

basa lemah basa kuat basa kuat

pH

(diukur pada 0,25 M/100 ml)

8,8 9,2 9,3

Pembuatan komposit. Dimensi papan komposit adalah 150 mm (L) x 150 mm (W) x 3 mm (T) . Peralatan yang diperlukan untuk cetakan yang digunakan untuk meletakkan bahan ke dalam gelas kertas, plastik transparansi untuk lapisan bawah dan atas, dan bingkai spacer. Cetakan terbuat dari kaca dan plastik transparansi dimana proses pembuatan cetakan digunakan molding atas dan bawah. Serat pendek dipotong 10 mm- sedangkan serat panjang dipotong 50 mm keduanya dipasang secara random. Fraksi berat serat yang digunakan adalah 40 %, kemudian serat ditempatkan di atas plastik transparansi di dasar cetakan yang sudah disiapkan. Resin epoksi dan hardener dicampur bersama-sama didasarkan pada persentase berat untuk membentuk sebuah matriks, rasio antara resin epoksi dan hardener adalah 1:1 berdasarkan volume, maka matriks tersebut dituangkan di atas serat dan dikompresi dan merata sampai mencapai ketebalan 3 mm. Cara terbaik untuk mempersiapkan proses curing untuk menghasilkan uji mutu spesimen standar adalah dengan mencampur epoksi dan hardener selama kurang lebih 10 menit. Waktu curing adalah sekitar 20-24 jam sampai pelat komposit kering merata jika diterapkan pada kondisi suhu kamar dari 25-30 ° C. Hasil cetak komposit terdiri cetakan epoksi saja, cetakan komposit tanpa perlakuan panjang serat 10 mm dan 50 mm, cetakan komposit perlakuan NH4OH panjang serat 10 mm dan 50 mm, komposit perlakuan NaOH panjang serat 10 mm dan 50 mm serta komposit perlakuan KOH panjang serat 10 mm dan 50 mm, jadi total ada 9 cetakan.

Pembuatan spesimen uji tarik. Dimensi dan geometri spesimen uji untuk uji kekuatan tarik mengikuti standar ASTM D 3039, dilakukan paling sedikit setiap perlakuan 3 spesimen uji. Pembuatan spesimen dan pengujian dilakukan di Laboratorium Material, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana.

3. Pengumpulan Data dan Analisis

Hasil pengujian tarik menunjukkan beberapa hal, pertama, kehadiran serat ijuk sebagai pengisi juga sebagai penguat komposit, dimana terdapat peningkatan kekuatan yang signifikan dibandingkan matrik epoksi. Kedua, perlakuan alkali memberikan perubahan pada kekuatan tarik serat ijuk, dimana komposit dengan serat ijuk dengan perlakuan alkali memiliki kekuatan tarik relatif lebih besar dibandingkan komposit dengan serat ijuk tanpa perlakuan. Komposit dengan serat ijk perlakuan KOH mempunyai kekuatan tarik yang terbesar, diikuti perlakuan NaOH kemudian NH4OH yang tidak begitu berbeda dengan tanpa treatment. Ditemukan juga bahwa variasi panjang serat, relatif ada perbedaan sedikit, dimana komposit dengan serat lebih panjang memiliki kekuatan tarik lebih besar, namun karena perbedaan panjang tidak besar, demikian juga perbedaan kekuatan tariknya tidak begitu besar.

 

Keterangan : TP = Tanpa perlakuan

Gambar 1. Grafik Tegangan Tarik Komposit

Hal ini disebabkan larutan KOH dan NaOH tergolong basa kuat, jadi lebih reaktif dibandingkan NH4OH yang tergolong basa lemah. Basa kuat artinya kelarutan basa lebih besar dibandingkan basa lemah, dengan konsentrasi dan waktu rendaman yang sama, relatif lebih banyak lapisan hemiselulosa dan lignin pada serat ijuk yang dapat diuraikan oleh larutan tersebut, sehingga serat lebih bersih dan makin berpori yang nantinya berdampak pada peningkatan kekuatan adhesi antara permukaan serat dan matrik. Hasil ini didukung hasil uji foto SEM yang menunjukkan adanya perubahan permukaan serat akibat perlakuan alkali di atas.

Gambar 2. a) Serat tanpa perlakuan b) Serat dengan perlakuan NH4OH 0,25 M c) Serat dengan Perlakuan NaOH 0,25 M d) Serat dengan perlakuan KOH 0,25 M

Hasil foto SEM, gambar (a) menunjukkan serat ijuk tanpa perlakuan mempunyai permukaan yang tebal terlapisi oleh hemiselulosa dan lignin yang berfungsi untuk melindungi selulosa. Setelah serat diberi perlakuan kimia yaitu direndam dalam larutan alkali( NHaOH, NaOH dan

 ‐

 2,00

 4,00

 6,00

 8,00

 10,00

 12,00

 14,00

 16,00

 18,00

 20,00

epoxy NH4OH10mm

NH4OH50mm

NaOH10mm

NaOH50mm

KOH10mm

KOH50mm

TP 10mm TP 50mm

Tegangan tarik (MPa)

Jenis Spesimen

σ

 

KOH) dengan konsentrasi 0,25 M selama 1 jam, maka sebagian besar zat non-selulosa telah terurai, permukaan serat lebih bersih dan berpori karena lapisan luar (hemiselulosa dan lignin) terkelupas dan banyak kandungan kimia larut dalam larutan alkali tersebut. Makin kuat basa dari larutan maka makin besar daya larut atau kelarutan dari larutan tersebut terhadap permukaan serat, seperti terlihat pada gambar (d) permukaan lebih bersih dan berpori, artinya lebih banyak bagian hemiselulosa dan lignin yang terurai, dibandingkan dengan permukan serat pada gambar(c) dan (b). Secara fisik dan mekanik, permukaan serat yang bersih dan berpori lebih meningkatkan daya lekat antara serat dengan matrik ketika dibuat komposit. Kemudian, secara kimia, perlakuan kimia mengurangi sifat hidrofilik dari serat, diketahui sifat hidrofilik ini menghambat reaksi efektif antara serat dengan matrik. Namun, bila kekuatan basa terlalu kuat bisa mengakibatkan beberapa bagian selulosa ikut terurai dan hal ini justru dapat melemahkan kekuatan serat. Selanjutnya, panjang serat merupakan salah satu faktor yang menentukan kekuatan komposit, dimana makin panjang serat maka daerah kontak permukaan antara serat dan matrik lebih luas dalam volume komposit yang sama, dimana makin luas daerah kontak maka ikatan adhesi yang terjadi makin besar yang berakibat makin kuat komposit tersebut. Seperti diketahui, panjang dan diameter serat merupakan faktor yang mempengaruhi kekuatan tarik serat, dimana panjang serat berbanding diameter serat disebut sebagai aspect ratio[2]. Jika aspect ratio makin besar maka semakin besar pula kekuatan tarik serat pada komposit, jadi hal ini yang membuat komposit dengan panjang serat 50 mm rata-rata memiliki kekuatan tarik lebih besar dibandingkan panjang serat 10 mm.

Keterangan : TP = Tanpa perlakuan

Gambar 3. Grafik Regangan Komposit

Sementara itu, pola regangan menunjukkan hal dimana epoksi mempunyai kemampuan regangan terkecil sedangkan komposit dengan serat tanpa perlakuan mempunyai regangan terbesar disusul perlakuan NH4OH,NaOH dan KOH. Sedangkan, harga modulus Young atau modulus Elastisitas yang merupakan ukuran kekakuan komposit, makin besar harga modulus maka makin kaku atau makin rigid suatu komposit, dimana komposit dengan serat ijuk perlakuan KOH panjang serat 50 mm memiliki nilai modulus elastisitas terbesar yaitu 1,52 GPa berarti komposit dengan perlakuan NH4OH 50 mm memiliki nilai kekakuan yang paling besar diantara komposit lainnya

 ‐

 0,20

 0,40

 0,60

 0,80

 1,00

 1,20

 1,40

 1,60

 1,80

epoxy NH4OH10mm

NH4OH50mm

NaOH10mm

NaOH50mm

KOH10mm

KOH50mm

TP10mm

TP50mm

%, ε

Jenis Spesimen

ɜ(Regangan)

 

Keterangan : TP = Tanpa perlakuan

Gambar 4. Grafik Modulus Young Komposit

Harga Modulus Young merupakan perbandingan dari nilai kekuatan tarik komposit dan nilai regangan dari komposit, dimana makin besar harga kekuatan tarik makin besar harga modulus sedangkan jika regangan makin besar maka harga modulus menurun. Jadi harga Modulus Young menunjukkan kekakuan suatu bahan yaitu diperlukan energi yang lebih besar untuk menarik bahan komposit tersebut agar terjadi besar regangan yang sama dengan komposit yang dibandingkan..

4. Kesimpulan dan Saran

Hasil pengujian menunjukkan bahwa komposit epoksi yang diperkuat dengan serat ijuk perlakuan KOH mempunyai kekutan tarik yang tertinggi, diikuti oleh komposit dengan perlakuan NaOH dan NH4OH. Pada konsentrasi 0,25 M dan waktu redaman 60 menit, basa yang lebih kuat lebih mampu menguraikan lignin dan hemiselulosa sehingga permukaan serat ijuk lebih bersih dan berpori yang nantinya menambah kekuatan adhesi antara permukaan serat dan permukaan matrik epoksi. Komposit dengan serat yang lebih panjang (50 mm) relatif memiliki kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan komposit dengan serat yang lebih pendek (10 mm), dikarenakan serat panjang memiliki aspek rasio yang lebih besar dibandingkan serat pendek atau semakin besar luas permukaan serat yang menanggung beban yang diberikan matriks. Jadi komposit dengan serat perlakuan KOH 0,25 M dan direndam selama 1 jam serta panjang serat 50 mm dalam hal ini memiliki kekuatan tarik tertinggi yaitu 18 MPa Penelitian ini selanjutnya perlu ditindaklanjuti dengan pengujian karakteristik dinamik dari komposit epoksi berpenguat serat ijuk sehingga pemahaman pada karakteristik mekanik bahan komposit ini lebih lengkap.

Daftar Pustaka

16. Bachtiar D, Sapuan SM, Zainudin ES, Khalina A, Dahlan KZM.(2010). The Tensile Properties of Single Sugar Palm (Arenga pinnata) Fibre. IOP Conf Ser Mater Sci Eng. 11(1):012012.

17. Mahmuda, E.,Savetlana, S.,Sugiyanto,(2013). Pengaruh Panjang Serat terhadap Kekuatan Tarik Komposit Berpenguat Serat Ijuk dengan Matrik Epoxy, Jurnal FEMA. I (3) :79-84

 ‐

 0,50

 1,00

 1,50

 2,00

epoxy NH4OH10mm

NH4OH50mm

NaOH10mm

NaOH50mm

KOH10mm

KOH50mm

TP10mm

TP50mm

E,( GPa)

Jenis Spesimen

E, Modulus Young

 

18. Sastra HY, Siregar JP, Sapuan SM, Leman Z, Hamdan MM. (2006).Tensile Properties of Arenga Pinnata Fibre-reinforced Epoxy Composites. Polym. Plast Technol. Eng. 45:1–8.

19. Widodo, B,( 2008), Analisis Sifat Mekanik Komposit Epoksi dengan Penguat Serat Pohon Aren(Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak(Random), Jurnal Teknologi Technoscientia I (1)