Upaya Peningkatan Kualitas Sifat Mekanik Komposit Polyester Dengan Serat Bundung ( Scirpus Grossus ) Erwin a* , Leo Dedy Anjiu a
aJurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Sambas Jalan Raya Sejangkung, Sambas, Indonesia *Email : erwin_poltesa@yahoo.com
Abstrak
Tujuan  penelitian  komposit  adalah  memperkuat  serat  Bundung  ( Scirpus  Grossus )  untuk mengetahui sifat mekanik komposit terhadap kekuatan tarik. Metode yang dilakukan pada serat Bundung diberi perlakuan dengan perendaman 5% NaOH selama 2 jam, kemudian dipanaskan dengan temperatur 70°C selama 4 jam. Penyusunan serat Bundung  dengan gabungan orientasi sudut 0° dan 90° dengan resin polyester type 157 BTQN dengan variasi fraksi volume serat 20%, 30%, dan 40%. Hardener yang digunakan adalah MEKPO  berkonsentrasi 1%. Komposit dibuat dengan  metode hand  lay  up .  Spesimen  dan  prosedur  pengujian  tarik  mengacu  pada  standart ASTM  D638-03.  Hasil  penelitian  ini  menunjukkan    terjadi  peningkatan  kekuatan  tarik  pada penambahan fraksi volume sebesar 40% serat dengan perlakuan perendaman 5% NaOH selama 2 jam dengan pemanasan 70°C selama 4 jam. Kekuatan tarik tertinggi komposit serat bundung pada  perlakuan  perendaman  5%  NaOH  selama  2  jam  dengan  pemanasan  70°C  selama  4  jam sebesar  67,56  N/mm 2 dibandingkan  dengan  kekuatan  tarik  pada  perlakuan  perendaman  5% NaOH selama 2 jam tanpa pemanasan yaitu sebesar 54,25 N/mm 2 .
Kata Kunci : Bundung, Komposit, NaOH, Kekuatan Tarik.
1. Latar Belakang
Penggunaan material komposit dengan filler serat alam mulai banyak dikenal dalam industri manufaktur.  Material  yang  ramah  lingkungan, mampu didaur ulang, serta mampu dihancurkan sendiri oleh alam merupakan tuntutan teknologi sekarang  ini.  Salah  satu  material    diharapkan mampu  memenuhi hal  tersebut  adalah  material komposit  dengan  material  pengisi  ( filler )  serat alam.  Keunggulan  yang  dimiliki  oleh  serat  alam adalah  berpotensi  sebagai  penguat  komposit, dapat diperbaharui ( reneweble ),  ringan, murah, ramah  lingkungan,  dapat  terbiodegradasi,  tidak beracun,  non-abrasif,  sifat  mekanik  tinggi, berlimpah di Indonesia. Serat alam dapat menjadi filler dalam komposit karena kandungan selulosa. Beberapa  serat  alam  yang  memiliki  selulosa antara lain kenaf, tebu, jagung, abaca, padi, ramie dan lain-lain.
Dalam  penelitian  ini  menggunakan filler serat  Bundung,  Jenis  pengikat  yang  digunakan adalah resin polyester . Resin polyester merupakan  salah  satu  resin  termoset  yang mudah  diperoleh  dan  digunakan  masyarakat umum  maupun  industri  skala  kecil  maupun besar.  Resin polyester ini  juga  mempunyai kemampuan berikatan dengan serat alam tanpa menimbulkan reaksi dan gas.
Sebelum  dibuat  komposit,  terlebih  dahulu dilakukan  perlakuan  terhadap  serat.  Hal  ini
dimaksudkan untuk meningkatkan sifat adhesif. Adhesif adalah kelekatan permukaan dari unsur- unsur yang dicampur atau disatukan. Salah satu cara  untuk  meningkatkan  kemampuan  adhesif serat  adalah  perlakuan  Alkali  (perendaman dengan NaOH). Komposit  sebenarnya  telah  dikenal  sejak dulu,  tetapi  baru  tahun  1960-an  mendapatkan perhatian  dari  dunia  industri.  Komposit merupakan  bahan  yang  dihasilkan  dari penggabungan dua atau lebih bahan dasar yang disusun secara makroskopis (Gibson, 1994). Para industriawan  mulai  tertarik  akan  penggunaan komposit  sebagai  produk  unggulan  sesuai dengan  keistimewaannya,    seperti  ringan,  kuat, tidak  terpengaruh  korosi,  dan  mampu  bersaing dengan logam. Perkembangan plastik pun mulai meningkat  sejak  ditemukannya  komposit  yang secara  harfiah  disebut reinforced  plaslic . Komposit begitu cepat diserap dan dipakai oleh industri otomotif, militer, olah raga, kedokteran, bahkan  sampai  peralatan  rumah  tangga.
Produsen mobil Daimler-Chrysler AG
mengembangkan  komposit  serat  alam  sebagai interior mobil  (Schuh, 1996).
Delni  Sriwita  (2014)  penelitian  tentang pembuatan  dan  karakterisasi  sifat  mekanik bahan  komposit  seratdaun  nenas- polyester ditinjau  dari  fraksi  massa  dan  orientasi  serat. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui
pengaruh  penambahan  massa  serat  terhadap sifat mekanik pada komposit resin
polyester khususnya  kuat  tarik  dan  kuat  tekan. Resin polyester-MEKPO  (Methyl  Ethyl  Ketone Peroxide) berperan  sebagai  matriks  pada komposit dan serat daun nenas berperan sebagai filler pada  matriks  polimer  resin polyester . Karakterisasi kuat tarik dan kuat tekan komposit terhadap penambahan seratdaun nenas dilakukan dengan alat uji wekob 32559 (Cesare
Galdabini).  Secara  umum,  sifat  mekanikresin polyester -serat daun nenas meningkat berdasarkan penambahan serat. Nilai kuat tarik dan kuat tekan untuk komposit dengan orientasi serat searah lebih tinggi daripada orientasi serat acak. Nilai kuat tarik maksimum diperoleh pada komposit  dengan  penambahan  serat  0,2  g sebesar 723,36 N/cm2 dan nilai kuat tekan pada komposit  dengan  penambahan  serat  1,5  g sebesar 1768,13 N/cm2.
2. Metodologi
Penelitian  ini  dilakukan  di  laboratorium material  Jurusan  Teknik  Mesin  Universitas Brawijaya  Malang  dan  Politeknik  Kediri menggunakan  metode eksperimental dan hand lay  up dalam  pembuatan  komposit  dengan  uji tarik. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : (1) Serat bundung. Serat dibelah  menjadi  ukuran  1  mm,  serat  disusun dengan  arah  sudut  serat  gabungan  0°  dan  90° sehingga  tersusun  secara  teratur  sebagai  bahan serat. (2) Matrik yang digunakan jenis polyester type  157  BQTN,  (3) Katalis  MEKPO  sebesar  1% untuk proses curing (pengeringan), (4) NaOH, (5) Aquades Adapun  peralatan  yang  digunakan  dalam penelitian adalah sebagai berikut (1)  Alat  tekan cetak,  (2)  Cetakan  tekan,  (3)  Timbangan  digital (4).  Alat  pengering,  (5) Grinding  machine  dan Amplas  Belt ,  (6)  Mesin  uji  tarik,  (7)  Alat  bantu lain. Variabel  bebas  yang  digunakan  adalah perbandingan  fraksi  volume  serat  masing- masing  20%,  30%,  dan  40%.  Variabel  terikat yaitu  menggunakan  uji  tarik  (ASTM  D638-03).
Variabel terkontrol yaitu :
- Pengujian spesimen tanpa perlakukan serat
- Pengujian spesimen dengan perlakukan serat dengan perendaman 5% NaOH selama 2 jam
- Pengujian spesimen dengan perlakukan serat dengan perendaman 5% NaOH selama 2 jam dengan pemanasan 70° C selama 4 jam
Diagram Alir Penelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Persiapan Serat
1. Tanaman  bundung  yang  telah  diambil, dibersihkan dan dikeringkan selama 7 hari.
Gambar 2. Bundung segar
2. Setelah  kering,  serat  bundung  direndam  lagi selama  24  jam  dengan  tujuan  memudahkan menyerutan menggunakan sikat baja.
3. Setelah  serat  bundung  diserut,  kemudian dilakukan  perlakuan  perendaman  dalam  5%
NaOH  selama  2  jam.  Perendaman  ini bertujuan untuk memodifikasi sifat permukaan secara kimiawi sehingga
memperbaiki  ikatan  resin  dan  fiber,  dimana perendaman  dalam  larutan  NaOH  akan mengurangi  hemicelluloses  dan  lignin  pada serat  alam  (Vallo,  2004).  Kemudian  cuci dengan  air  mengalir  selama  ±30  menit,  dan dikeringkan pada alat pengering  selama ±12 jam.
Gambar 3. Serat bundung
Pembuatan Komposit Dalam pembuatan komposit digunakan serat bundung langkah-langkahnya adalah :
1. Resin  dicampur  dengan  hardener  dengan perbandingan  1% hardener per  berat  resin polyester .  Kemudian  dilakukan  pengadukan selama  ±60  detik  agar  campuran  resin  dan hardener merata.
2. Kemudian  campuran  tersebut  dituangkan secara  merata  sebagai  lapisan  pertama cetakan.
3. Lakukan  pembersihan  terhadap  void  hingga void berkurang dan tidak terdapat void yang secara visual diameternya tidak lebih dari     1 mm.
4. Letakkan  serat  bundung  dengan  arah  sudut gabungan  0°  dan  90°  diatasnya,  sebagai lapisan  ke  dua.  Tuang  campuran  polyester- hardener sampai cetakan penuh
5. Lakukan  pembersihan  void  seperti  langkah no. 4.
6. Keringkan komposit pada suhu kamar selama ±  12  jam.  Setelah  benar-benar  kering, keluarkan komposit dari cetakan.
7. Lakukan pengamatan pada komposit terhadap  ada  tidaknya  void  yang  terjadi dengan cara menerawang lembaran komposit. Diameternya tidak lebih dari 1 mm. Void  tidak  boleh  mengumpul  pada  suatu tempat (radius jarak antar void yang diijinkan adalah 1 cm)
8. Bentuklah spesimen uji sesuai dengan standar uji tarik   (ASTM D638-03)
9. Memanaskan  komposit  dalam  oven  dengan temperatur 70°C selama 4 jam
Gambar 4. Spesimen uji tarik
Gambar 5. Grafik  kekuatan tarik serat bundung Tabel 1. Kekuatan tarik rata-tara serat bundung dengan perlakuan dan tanpa perlakuan No  Material Max Load (N) Kekuatan Tarik (N/mm 2 ) Modulus elastisitas (Gpa) 1 20-Biru  1620 20,54 45,63 2 30-Biru  1760 22,54 55,62 3 40-Biru  2472 31,69 79,80 4 20- Merah 2023 25,93 69,77 5 30- Merah 2989 38,31 82,42 6 40- Merah 4231 54,25 146,76 7 20- Hijau 2242 28,71 76,39 8 30- Hijau 3439 44,09 98,74 9 40- Hijau 5268 67,56 174,13
Hasil  pengujian  tarik  serat  bundung  tanpa perlakuan :
Dari  hasil  pengujian  tarik  didapatkan  kekuatan tarik  yang  paling  optimal  yaitu  pada  fraksi volume  40%  serat  sebesar  31,69  N/mm 2 , sedangkan  yang  terendah  yaitu  pada  fraksi volume 20% serat sebesar 20,45 N/mm 2 .
Hasil  pengujian  tarik  serat  bundung  perlakuan perendaman 5% NaOH selama 2 jam : Dari  hasil  pengujian  tarik  didapatkan  kekuatan tarik  yang  paling  optimal  yaitu  pada  fraksi volume  40%  serat  sebesar  54,25  N/mm 2 , sedangkan kekuatan tarik yang terendah adalah
komposit  serat  bundung  dengan  fraksi  volume 20% serat sebesar 25,93 N/mm 2 .
Hasil  pengujian  tarik  serat  bundung  perlakuan perendaman  5%  NaOH  selama  2  jam  dengan pemanasan 70°C selama 4 jam : Dari  hasil  pengujian  ini  didapatkan  kekuatan tarik  yang  paling  optimal  pada  fraksi  volume 40%  serat  yaitu  sebesar  67,56  N/mm 2 , sedangkan yang terendah adalah komposit serat bundung dengan fraksi volume 20% serat  yaitu sebesar  28,71 N/mm 2 .
Pembahasan Kekuatan ini dipengaruhi oleh penambahan volume serat yang dapat meningkatkan kekuatan tarik. Komposit  serat  bundung  yang  diberi perlakuan    5%  NaOH  selama  2  jam  kekuatan tariknya  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan komposit  serat  bundung  tanpa  perlakuan perendaman  NaOH.  Dapat  disimpulkan  bahwa serat  bundung  tanpa  perlakuan  perendaman NaOH  masih  terdapat  lignin  dan  hemicellulosa sehingga interface antara  serat  dan  resin  tidak terjadi  ikatan  yang  baik,  kegagalan  tersebut didominasi  oleh  lepasnya  ikatan  serat  dengan resin. Komposit  serat  bundung  yang  diberi perlakuan perendaman serat 5% NaOH selama 2 jam  dan  yang  dipanaskan  70°C  selama  4  jam kekuatan  tariknya  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  komposit  serat  bundung  yang  hanya diberi  perlakuan  perendaman  serat  5%  NaOH selama  2  jam  saja.  Dapat  disimpulkan  bahwa serat  bundung  yang  diberi  perlakuan  tambahan
20.54
22.54
31.69
25.93 38.31 54.25 28.71 44.09 67.56 0 10 20 30 40 50 60 70 80 20 30 40 K e ku at an T ar ik ra ta -r at a (N/ m m 2) Fraksi Volume Serat (%)
Serat Tanpa Perlakuan 5 % NaOH Selama 2 jam
5% NaOH Selama 2 jam Dipanaskan Temperatur 70 C Selama 4 jam
pemanasan  komposit  70°C  selama  4  jam kekuatan  tariknya  akan  semakin  besar dikarenakan  void-void  yang  terdapat  di  dalam komposit  telah  hilang  sehingga  ikatan  antara serat dan resin akan semakin lebih baik. Dengan hilangnya  void-void  yang  terdapat  di  dalam komposit maka beban tarik yang diberikan pada komposit  akan  terdistribusi  pada  serat  dengan baik,  dan  sebaliknya  apabila interface antara serat  dan  resin  tidak  hilang  maka  beban  tarik hanya ditahan oleh resin saja, sedangkan volume resin sudah berkurang akibat penambahan serat. Dengan  kata  lain  kekuatan  komposit  hanya terletak pada resin saja.
4. Kesimpulan Berdasarkan  hasil  pengujian  yang  telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa upaya peningkatan  kualitas  sifat  mekanik  komposit dengan  arah  sudut  serat  gabungan  0°  dan  90° pada  polyester  dengan  perlakuan  perendaman 5% NaOH selama 2 jam dan dengan pemanasan 70°C selama 4 jam dapat meningkatkan kekuatan mekanik  komposit.  Dimana  dari  hasil  pengujian dapat  dilihat  bahwa  lapisan  lignin  dan hemicellulosa  akan  hilang  dari  serat  bundung dengan  cara  perlakuan  perendaman  dengan NaOH  dan  juga  void  dapat  hilang  dengan  cara komposit dipanaskan dengan temperatur 70°C.
Daftar Pustaka
1. Ashby, M.F, Jones, D.R.H. 1986 . Engineering Material 2 An Introduction to Microstutures
Processing and Design,1 st Edition
2. Bilmeyer,  F.,  1984, Text  Book  of  Polymer Science , New York, Shonwiley &   Sons
3. Budinski  K.G.  1995. Engineering  Material Properties  and  Selection,4 th , Prentice  Hall, Inc A Simon and Schuster Company,USA.
4. Delni  Sriwita,  2014. Pembuatan  dan karateristik  mekanik  bahan  komposit  serat daun  nenas  polyester  ditinjau  dari  fraksi massa  dan  orientasi  serat .  Jurnal  Fisika Unand vol 3.
5. Hairu Abral . 2010 . Studi kekuatan tarik sifat fisi  serat  cyathea  contaminans sebelum dan setelah  mengalami  perlakuan  Alkali .  Jurnal Teknik Mesin