## ANALISIS KELAYAKAN SIFAT FISIK DAN MEKANIK KOMPOSIT GIPSUM BERPENGUAT SERAT ALAM SISAL SUMBAWA SEBAGAI PAPAN PLAFON
1 Asywendi Rukini * , 2 Muhammad Arthur Indra Wijaya
Prorgam Studi Teknik Metalurgi Fakultas Teknik, Universitas Teknologi Sumbawa *Corresponding Author email: asywendi@gmail.com

## Diterima
Bulan September 2019 Diterbitkan Bulan Oktober 2019 Keyword : Komposit, serat sisal, gipsum,
sifat fisik, sifat mekanik

## Abstrak
Plafon komposit  gipsum berpenguat  serat sisal  merupakan  alternatif ramah  lingkungan yang potensial menggantikan gipsum komersial tanpa serat atau gipsum berpenguat serat sintesis.  Pada  penelitian  ini  diproduksi  plafon  komposit  gipsum  berpenguat  serat  sisal Sumbawa dengan komposisi faksi volume gipsum 65%, semen 29% dan serat sisal 6%. Arah  serat  divariasikan  dengan  empat  kondisi  yaitu  serat continuous (SC)  serat woven (SW), serat discontinuous (SDC) dan serat hybrid (SH). Sebagai pembanding digunakan papan gipsum tanpa serat dengan komposisi fraksi volume gipsum 65% dan semen 35%. Kemudian  dilakukan  pengujian  fisik  (uji  densitas  dan  daya  serap  air)  dan  pengujian mekanik  kekuatan  patah  ( modulus  of  rupture /  MOR)  dan  kekuatan  lentur  ( modulus  of elasticity / MOE). Hasil pengujian fisik menunjukkan peningkatan densitas papan plafon gipsum dari 1.17 g/cm 3 menjadi ± 1.71 g/cm 3 setelah diperkuat serat dan daya serap air ±42.76% untuk semua papan berserat. Untuk sifat mekanik nilai MOR dan MOE tertinggi dihasilkan oleh specimen dengan arah serat continuous searah (SC) sebesar 10.58 MPa dan 3890.6 MPa. Dan yang terendah dimiliki spesimen dengan arah serat discontinuous acak (SDC) sebesar 5.05 MPa dan 1530.2 MPa. Namun begitu, nilai kekuatan patah dan lentur spesimen SDC masih lebih tinggi dibandingkan papan gipsum komersil tanpa serat. Analisa  kelayakan  dilakukan  dengan  membandingkan  hasil  sifat  fisik  dan  mekanik terhadap standar JIS A 5417-1992 dan ISO 8336-2017.

## PENDAHULUAN
Sumbawa memiliki potensi sebagai wilayah  pengembang  tanaman  sisal.  Terletak  di Negara  dengan  iklim  tropis,  Sumbawa  memiliki rata-rata 8 bulan musim kering pertahunnya dengan intensitas  penyinaran  cahaya  matahari  rata-rata sebesar  4,51  watt/m 2 /h  (Laporan  Tahunan,  2010). Kondisi  tersebut  menjadikan  Sumbawa  cocok sebagai  daerah  perkebunan  tanaman  perdu  seperti sisal.  Saat  ini  sedang  dikembangkan  perkebunan sisal seluas 5000 hektar di kawasan Kecamatan Poto Tano Kabupaten Sumbawa Barat (Febrianti, 2018). Dari perkebunan tersebut dihasilkan serat alam yang dapat diaplikasikan sebagai bahan baku karpet, tali kapal dan sebagainya.
Komposit  berpenguat  serat  alam  mulai diminati  seiring  diaplikasikannya  konsep  produk yang renewable dan sustainable. Dalam  berbagai penelitian  ditemukan  bahwa  serat  sisal  berpotensi untuk  dapat  dimanfaatkan  sebagai reinforce atau penguat  material  komposit  menggantikan  serat sintetis (Saxena, 2011). Serat sisal dapat dikompositkan  dengan  berbagai  matriks  polimer ( thermoset,  thermoplas t  dan rubber )  dan  juga matriks ceramics seperti gipsum dan semen.
Untuk  itu,  pada  penelitian  ini  penulis mencoba mengembangkan produk komposit plafon berbahan  dasar  gipsum  dengan  penguat  serat  sisal Sumbawa dengan harapan terciptanya produk plafon
yang  ramah  lingkungan  dan  memiliki  ketersediaan di  alam  yang  melimpah  serta  murah.  Jika dibandingkan, harga serat sisal jauh lebih terjangkau dibandingkan  dengan  harga  serat-serat  sintesis. Menindaklanjuti  hal  tersebut,  perlu  dilakukan analisis  kelayakan  produk  komposit  gipsum berpenguat  serat  sisal  yang  nantinya  diharapkan dapat diaplikasikan sebagai plafon.

## LANDASAN TEORI
Plafon gipsum berpenguat serat sisal pada dasarnya  merupakan  material  jenis  komposit bermatriks ceramics .  Gipsum  merupakan  mineral non-logam  dengan  kalsium  sebagai  elemen utamanya,  dimana  jenis  yang  sering  ditemukan adalah  hidrat  kalsium  sulfat  (CaSO 4 .2H 2 O).  Sejak zaman  dahulu,  gipsum  dapat  digunakan  sebagai bahan  pengisi  dalam  pencetakan  gigi  di  bidang kedokteran (Noerdin, 2013). Untuk itu gipsum aman digunakan  dan  tidak  membahayakan  kesehatan manusia.
Papan  gipsum  umumnya  dimanfaatkan sebagai  bahan  pelapis  interior  pada  plafon  dan dinding  pembatas  dikarenakan  karakteristiknya yang  ringan  dan  memiliki  estetika  yang  rapi. Penggunaannya  masih  bersaing  dengan  papan berbahan  dasar  triplek  kayu.  Namun  dengan  sifat tahan api, tahan terhadap serangan organisme, tahan terhadap  cuaca  dan  kelembaban,  gipsum  tentunya mampu mengatasi berbagai kekurangan dari triplek.
Plafon  gipsum  sering  ditemukan  sebagai  komposit yang  diperkuat  dengan filler polimer  sintesis. Namun, kehadiran serat alam yang lebih terjangkau, biodegradable ,  memiliki  sumber  yang  dapat  terus diperbarui,  dan  berbagai  keunggulan  sifat  fisik- mekanik  menjadikan  serat  sebagai filler yang potensial pada plafon gipsum.
Serat  sisal  merupakan  serat  alam  yang diekstrak  dari  tanaman  sisal  ( Agave  sisalana ).
Tanaman  sisal  dapat  tumbuh  baik  di  daerah  tropis tanpa  banyak  perawatan  khusus.  Rata-rata  satu tanaman  sisal  dapat  menghasilkan  200-250  daun yang mengandung sekitar 4% serat, 0.75% kutikula, 8%  komponen  kering,  dan  87.25%  air  (Murherjee dan  Satyanarayana,  1984).  Dari  sejumlah  4%  serat tersebut  terkandung  lignin  8%,  selulosa  78%, hemiselulosa  19%  dan  kadar  air  sekitar  10-22% (Suryanto  et.al.,  2014).  Adapun  karakteristik  fisik dari serat sisal dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Karakteristik fisik serat sisal (Suryanto
e.al, 2014) Properti Nilai Densitas (g/cm 3 ) 1.45 Modulus Young (E) (GPa) 9.4-22 Tensile Strength (MPa) 530-630 Specific Strength (kN.m/kg) 382
Pada  aplikasinya,  papan  gipsum  biasanya dicampur  dengan  semen  untuk  mendapatkan  sifat tahan  api  dan  tahan  kelembaban.  Pada  papan gipsum,  biasanya  ditambahkan  semen  Portland sebagai  pengikat.  Semen  Portland  merupakan produk  komersial  dengan  komponen  penyusun utama  adalah  CaO  (60-80%)  dan  SiO 2 (19-24%) yang kemudian membentuk kalsium silikat (xCaO- SiO 2 )  (Moslemi,  1994).  Komponen  kalsium  silikat tersebut akan mengeras bila bersenyawa dengan air. Kadar  semen  dalam  campuran  komposit  pada dasarnya mempengaruhi tingkat kekakuan komposit plafon.  Semakin  tinggi  komponen  fraksi  semen maka  tingkat  kekakuan  papan  komposit  akan meningkat (Maail, 2006).

## METODE PENELITIAN

## Pembuatan Komposit Plafon Gipsum
Spesimen  plafon  komposit  gipsum  dibuat dengan  metode hand  lay-up menggunakan  cetakan berukuran  15cm  x  10cm  x  2cm.  Komposisi  fraksi komposit  terdiri dari campuran 65% gipsum, 29% semen, dan 6% serat sisal. Serat sisal disuplai dari perkebunan  sisal  daerah  Sengkokang,  Sumbawa Barat. Arah dan ukuran serat divariasikan dengan 4 kondisi; continuous dengan  nama  specimen  SC; anyaman  atau woven dengan  kode  specimen  SW; discontinuous (ukuran potongan serat 2cm) dengan kode  specimen  SDC;  dan hybrid (campuran  serat continuous dan discontinuous )  dengan  kode specimen  SH.  Sebagai  pembanding,  digunakan papan plafon gipsum komersial tanpa serat dimana
komposisi  fraksinya  adalah  65%  gipsum  dan  35% semen.  Untuk  fraksi  semen,  digunakan  semen Portland Pozzolan Cement (PPC). Setelah komposit plafon  disusun  dalam  cetakan,  spesimen  dibiarkan mengering  selama  24  jam  pada  temperatur  ruang sebelum dikeluarkan dari cetakan.

## Karakterisasi
Untuk  uji  kelayakan  produk  komposit plafon  dilakukan  uji  sifat  fisik  berupa  pengujian densitas  dan  daya  serap  air.  Sedangkan  untuk  sifat mekanik  dilakukan  pengujian  fleksural  atau bending .  Pengujian  dilakukan  dengan  penyesuaian standar JIS A5417-1992 dan ISO 8336-2017.

## Pengujian Densitas
Pengukuran  densitas  komposit  plafon diawali  dengan  mengukur  dimensi  spesimen  dan diikuti  dengan  menimbang  massanya.  Setelah  itu densitas  dihitung  menggunakan  persamaan  1, dimana  ρ  adalah  densitas  (g/cm 3 ),  m  adalah  massa
(gr) dan v adalah volume (cm 3 )
𝜌 = 𝑚 𝑣 (1)

## Pengujian Daya Serap Air
Untuk  menguji  kemampuan  serap  air, spesimen ditimbang beberapa kali untuk mendapatkan  massa  konstan  (M k ).  Setelah  itu direndam  selama  24  jam  dan  ditimbang  kembali untuk mendapatkan massa basah (M b ). Berdasarkan data  penimbangan,  nilai  daya  serap  air  dihitung menggunakan  persamaan  2  dimana  DSA  adalah daya serap air (%), M b adalah massa basah (gr) dan M k adalah massa kering (gr).
𝐷𝑆𝐴 = 𝑀𝑏−𝑀𝑘 𝑀𝑘 𝑥 100% (2)

## Pengujian Mekanik
Pengujian  mekanik  dilakukan  dengan menggunakan Universal  Testing  Machine  Control Advantest 9.  Pada  pengujian  ini  dilakukan  uji fleksural atau tekan dengan skema pengujian seperti yang  terlihat  pada  Gambar  1.  Dari  pengujian tersebut  didapatkan  nilai Modulus  of  Rupture (MOR)  dan Modulus  of  Elasticity (MOE).  MOR merupakan  ukuran  tegangan  lengkung  akhir  dari suatu  material  sebelum  patah.  Untuk  menghitung nilai MOR dari pengujian, digunakan persamaan 3 dimana  F R adalah  nilai  MOR  (N/m 2 ),  P R adalah beban patah (N), S adalah jarak penyangga (cm), L dan  T  adalah  panjang  dan  lebar  benda  uji  (cm). Sedangkan MOE didefinisikan sebagai kemampuan material untuk menahan deformasi di bawah beban plastis.  Nilai  MOE  dari  pengujian  didapatkan dengan perhitungan persamaan 4, dimana F E adalah nilai MOE (N/m 2 ), P E adalah beban elastis (N) dan Y adalah titik pusat kelengkungan (cm)
𝐹 𝑅 = 3𝑃 𝑅 𝑆 2𝐿𝑇 2 (3)
𝐹 𝐸 = 𝑆 3 4𝐿𝑇 3 𝑥 𝑃 𝐸 𝑌 (4)
Gambar 1 . Skema pengujian fleksural atau bending (sumber: Saudi Journal, 2014)

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Standar Kelayakan
Tabel  2  menampilkan  nilai  minimal maupun  range  nilai  kelayakan  dari  beberapa  sifat papan  plafon  menurut  standar  ISO  8336-2017  dan JIS  A  5417-1992.  Nilai  tersebut  menjadi  referensi acuan  dalam  menganalisis  kelayakan  komposit plafon  gipsum  berpenguat  serat.  Namun  perlu digarisbawahi  bahwa  kedua  standar  tersebut merupakan  standar  acuan  untuk  menentukan kualitas  produk  dan  standar  pengujian  untuk  jenis papan  yang  komposisi  utamanya  adalah  semen berpenguat  partikel  serat.  Sedangkan  produk  pada penelitian  ini,  gipsum  merupakan  komponen  yang utama. Oleh karena itu, sifat dominan yang muncul baik  fisik  maupun  mekaniknya  sangat  dipengaruhi oleh properti dasar dari gipsum, bukan semen.
Tabel 2 . Standar acuan mutu papan plafon
Sifat Fisik dan Mekanik JIS A 5417- 1992 ISO 8336-2017 Densitas (gr/cm 3 ) (tidak dipersyaratkan) (tidak dipersyaratkan) Daya serap air (%) Maks. 8.3 (tidak ada syarat spesifik) Modulus of Rupture (MPa) Min. 6.3 4-24 Modulus of Elasticity (MPa) Min. 2400 (tidak dipersyaratkan)

## Penampakan Visual
Produk komposit papan gipsum berpenguat serat sisal Sumbawa terlihat pada Gambar 2. Seperti tipikal  produk  papan  gipsum  umumnya,  papan komposit ini memiliki penampilan permukaan halus dan  berwarna  cerah  sebagaimana  warna  serbuk gipsum.  Secara  estetika,  penampilan  produk  dapat dikatakan  layak  untuk  digunakan  sebagai  material plafon.

## Hasil Uji Densitas dan Daya Serap Air
Tabel  3  menampilkan  hasil  uji  sifat  fisik berupa  pengujian  densitas  dan  daya  serap  air  dari papan  gipsum  komersil  non-serat  dan  papan komposit berserat. Densitas papan gipsum komersil non-serat  sebesar  1.17  gr/cm 3 meningkat  sekitar 54%  (menjadi ±1.71 gr/cm 3 ) setelah dikompositkan dengan  serat.  Nilai  densitas  komposit  masih tergolong relatif ringan untuk dimanfaatkan sebagai bahan  plafon.  Sedangkan  daya  serap  gipsum komersil  menurun  dari  49.26%  menjadi  sekitar ±42,76% ketika dikompositkan dengan serat. Hasil uji  dua  sifat  fisik  tersebut  menunjukkan  hubungan berbanding  terbalik.  Kenaikan  nilai  densitas menyebabkan  daya  serap  dari  papan  gipsum menurun. Dengan meningkatnya densitas, kepadatan partikel atau fraksi dari material menjadi lebih  padat  dengan  volume  yang  sama,  sehingga kemampuan menyerap likuid menjadi berkurang. Jika  dibandingkan  dengan  standar  JIS  A 5417-1992, daya  serap  air  papan  komposit  gipsum terlalu  tinggi  dan  tidak  memenuhi  syarat.  Kondisi kemampuan  daya  serap  yang  terlalu  tinggi  pada aplikasi  plafon  tidak  diinginkan  karena  akan merubah  dimensi  papan  plafon  secara  signifikan. Sedangkan salah satu keunggulan dari papan plafon gipsum  dibandingkan  dengan  papan  kayu  adalah kestabilan  dimensinya.  Adapun  faktor  yang mempengaruhi tingginya daya serap produk adalah fraksi  gipsum  pada  papan  komposit  yang mendominasi.  Semakin  tinggi  proporsi  gipsum dalam  komponen,  maka  daya  serap  air  semakin tinggi  (Maail,  2006).  Hal  ini  dikarenakan  gipsum memiliki sifat absorben yang lebih kuat dari semen. Kandungan  molekul  hemihidrat  ( 1 / 2 H 2 O)  dalam gipsum sangat mudah mengikat molekul air.
Gambar 2. Produk komposit papan gipsum berpenguat serat sisal Sumbawa
Tabel 3 . Perbandingan nilai densitas dan daya serap air pada setiap jenis spesimen Spesimen Densitas (gr/cm 3 ) Daya serap air (%) Non-serat 1.17 49.26 SC 1.71 42.77 SW 1.73 42.53 SDC 1.69 42.97 SH 1.70 42.80

## Hasil Uji MOR dan MOE
Perbandingan  nilai  MOR  dan  MOE masing-masing spesimen dapat dilihat pada tabel 4. Dapat dilihat bahwa kekuatan mekanik papan plafon meningkat  baik  kekuatan  patah  (MOR)  dan lenturnya  (MOE)  setelah  diperkuat  oleh  serat  sisal Sumbawa.  Range  nilai  MOR  pada  spesimen komposit  berpenguat  serat  memiliki range 5.05 MPa-  10.58  MPa.  Kekuatan  patah  tertinggi dihasilkan  oleh  specimen  dengan  arah  serat continuous searah  (SC)  sebesar  10.58  MPa.  Dan yang terendah dimiliki spesimen dengan arah serat discontinuous acak  (SDC).  Namun  begitu,  nilai kekuatan  patah  spesimen  SDC  masih  lebih  tinggi dibandingkan  papan  gipsum  komersil  tanpa  serat. Jika dilihat dari sudut pandang standar JIS A 5417- 1992,  maka  spesimen  plafon  komersil  dan  papan gipsum  berpenguat  serat  SDC  tidak  memenuhi standar  minimum  kekuatan  patah.  Namun  begitu, menurut  standar  ISO  8336-2017  semua  jenis specimen plafon gipsum sudah memenuhi standar.
Begitu  pula  dengan  kecenderungan  nilai lenturnya  (MOE)  yang  menunjukkan  peningkatan setelah  diberikan  penguat  serat.  Masih  dengan kecenderungan yang sama, gipsum berpenguat serat SC  memiliki  nilai  MOE  tertinggi  dengan  kekuatan lentur  sebesar  3890.6  MPa.  Sedangkan  yang terendah  juga  dihasilkan  oleh  specimen  SDC sebesar 1530.2 MPa, dimana nilai tersebut juga tidak memenuhi standar kelayakan JIS A 5417-1992 yang mensyaratkan  minimum  MOE  sebesar  2400  MPa. Begitu  pula  dengan  gipsum  tanpa  serat  yang memiliki kekuatan lentur lebih rendah dari SDC.
Tabel 4 . Perbandingan MOR dan MOE pada setiap
jenis spesimen Spesimen MOR (MPa) MOE (MPa) Non-serat 4.90 1414.6 SC 10.58 3890.6 SW 7.77 3677.0 SDC 5.05 1530.2 SH 7.10 2958.3
Dari  hasil  pengujian  mekanik,  didapatkan pandangan  secara  umum  bahwa  papan  gipsum berpenguat serat dengan variasi arah serat SC, SW dan  SH  memenuhi  standar  kelayakan  mekanik. Sedangkan papan gipsum komersil dan SDC hanya
memenuhi  standar  kelayakan  ISO  8336-2017, namun tidak lolos standar layak JIS A 5417-1992.

## PENUTUP

## Kesimpulan
Produk komposit gipsum berpenguat serat sisal  Sumbawa dengan arah  serat continuous (SC), serat woven (SW)  dan  serat hybrid (SH) menunjukkan  kelayakan  sifat  mekanik  baik kekuatan lentur maupun kekuatan patahnya. Hanya papan  gipsum  berpenguat  serat  acak  atau discontinuous (SDC)  yang  tidak  memenuhi  syarat minimum  kekuatan  mekanik.  Gipsum  berpenguat serat  dengan  arah  continuous  merupakan  serat dengan  nilai  mekanik  tertinggi  dimana  dan  papan gipsum  komersial  memiliki  kekuatan  mekanik paling  rendah.  Untuk  sifat  fisik,  seluruh  spesimen memiliki  densitas  yang  relatif  ringan  (di  bawah  2 gr/cm 3 )  namun  tidak  memenuhi  standar  kelayakan daya  serap  maksimum.  Untuk  itu  perlu  dilakukan penelitian  lebih  lanjut  terhadap  fraksi  komposisi untuk mendapatkan sifat fisik yang layak memenuhi minimum syarat dari standar.

## REFERENSI
Febrianti, Ayu. (2018) Analisis Finansial Tanaman Sisal di Kabupaten Sumbawa Barat:
Fakultas Pertanian Universitas Mataram.
Nusa Tenggara Barat.
Laporan Tahunan. (2010). Laporan Tahunan Bidang Enegi: Dinas Pertambangan dan Energi: Nusa Tenggara Barat.
Noerdin, A. (2003). Penggunaan Tepung Tapioka
Sebagai Perekat Cetakan Gigi Alginate:
Jakarta.
Saxena, Mohini et.al. (2011 ). Sisal Fiber-Based Polymer Composites and Their Application. Cellulose Fibers : Bio and Nano-polymers. Springer. Murherjee, P.S. dan Satyanarayana, K.G. (1984).
Structure and Properties of Some Vegetables Fibres , part 1. Sisal Fibre. Journal of Materials Science No.19 pg. 3925-3934 International Standard (2017). ISO 8336-2017 (E).
Fibre- cement flat sheets- Product specification and test methods : ISO Switzerland, 3 rd Edition. Japanese Standards Association (JSA). (1992). JIS A 5417-1992 : Cement bonded particle boards. JSA Japan. Moslemi, A. (1994) Inorganic Bonded Wood and Fiber Composite: Technologies and Application Second Pacific Rim Bio Based Composite. Vancouver symposium: Canada Internet Saudi Journal. 2014. Three point bending test. http://www.saudijos.org . Diunduh pada 30 Juli 2019 14:17