## Kekuatan Tarik Komposit Poliester Berpenguat Partikel Kayu Jati, Merawan dan Meranti Merah

## Shirley Savetlana, Yan Parulian,
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, UNILA Jl. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung, 35145 Telp. (0721) 3555519, Fax. (0721) nomor 701609 E-mail: shirley@unila.ac.id

## Abstrak
Komposit  poliester  dengan  bahan  penguat  dari  serbuk  kayu  jati,  merawan  dan  meranti merah dari limbah industri pengergajian kayu dibuat dengan metode hand lay-up. Komposit dibuat dengan  volume  fraksi  serbuka  kayu  4,  8  dan  16%.  Pengujian  tarik  dilakukan  untuk  mengetahui kekuatan  masing-masing  komposit  serbuk  kayu,  menunjukan  bahwa  kekuatan  tarik  komposit  lebih tinggi  dari  kekuatan  tarik  polyester  murni.  Sementara  kekuatan  tarik  komposit  menurun  seiring dengan  naiknya  prosentase  serbuk  kayu.  Kekuatan  tarik  tertinggi  didapat  pada  komposit  serbuk kayu  merawan  diikuti  oleh  komposit  serbuk  jati  dan  serbuk  kayu  meranti  merah.  Tingginya kandungan uap air menyebabkan rendahnya kekuatan tarik dari komposit serbuk kayu.
Kata kunci : komposit, Jati, Merawan, Meranti Merah, Serat alam
Perkembangan  teknologi,  khususnya  di bidang  komposit,  telah  menghasilkan  produk komposit  yang   menggunakan  serbuk  kayu sebagai  penguat.  Data  Departemen  Kehutanan dan
Perkebunan
tahun
1999/2000
menunjukkan  bahwa  produksi  kayu  lapis Indonesia  mencapai  4,61  juta  m 3 sedangkan kayu gergajian mencapai 2,06 juta m 3 . Dengan asumsi  limbah  yang  dihasilkan  mencapai  61% maka diperkirakan limbah kayu yang dihasilkan mencapai lebih dari 5 juta m 3 [3] . Limbah kayu berupa potongan log maupun sebetan  telah  dimanfaatkan  sebagai  inti  papan blok  dan  bahan  baku  papan  partikel.   Adapun limbah  berupa  serbuk  gergaji  pemanfaatannya masih belum optimal. Untuk industri besar dan terpadu,  limbah  serbuk  kayu  gergajian  sudah dimanfaatkan  menjadi bentuk briket arang dan arang  aktif  yang  dijual  secara  komersial. Namun  untuk  industri  penggergajian  kayu skala  industri  kecil  yang  jumlahnya  mencapai ribuan unit dan tersebar di pedesaan, limbah ini belum dimanfaatkan secara optimal.
Penelitian  Henry  mengenai  penambahan serat  kayu  pada  nilon  meningkatkan  kekuatan dan  elastik  modulus  komposit.  Kekuatan maksimum  komposit  serat  kayu/nilon  dicapai pada  volume  2.5  %  fraksi  serat  kayu.  Untuk
komposit  serat  kayu/Poliester(PP),  semakin tinggi  jumlah  serat  semakin  turun  kekuatan komposit  dikarenakan  rendahnya  daya  ikat serta  kayu  dan  matrik  poliester.  Pengamatan terhadap permukaan patahan komposit memperlihatkan banyaknya fiber pull-out yang berarti  sebagian  besar  beban  ditanggung  oleh matrik.  Terdapat  ruang  kosong  antara  fiber dengan matrik yang mengindikasikan lemahnya  ikatan  fiber  dan  matrik.  Hal  ini menyebabkan terdapatnya konsentrasi
tegangan didaerah tersebut yang akan menurunkan kekuatan komposit serat kayu/PP. Sementara komposit serat kayu/Nylon memperlihatkan  distrosi  permukaan  dan fiber breaking .    Degradasi  panas  terjadi  pada temperatur  dibawah  120 ⁰ C  namun  dimulainya degradasi  panas  ini  tergantung  dari  durasi panas yang mengenai fiber.
Penelitian  pada  komposit  kayu  pinus/PP yang  diproduksi  dengan injection  molding menggunakan compatibilizer  maleic anhydride polypropilene  (MAPP)  mengenai  daya  serap terhadap  uap  air,  dimana  spesimen  direndam didalam  air  dengan  temperatur  50 ⁰ C  selama  9 bulan  menunjukan  kekuatan  tarik,  modulus elastisitas  dan  kekerasan  menurun  tetapi kekuatan  impak  dan failure  strain meningkat
(Beg). Komposit bubuk kayu dari kelapa sawit (OPWF) dengan matrik karet alam menunjukan  penurunan  pada  kekuatan, failure
strain dan  ketahanan  fatik  tetapi  modulus elastisitas dan kekerasan meningkat. Pembasahan  bubuk  yang  buruk  oleh  matrik seiring dengan meningkatnya prosentasi OPWF  menurunkan  daya  ikat  antara  bubuk kayu dan matrik PP.
Penelitian  Andrian,  komposit  bubuk  kayu diberi  perlakuan  esterification  dengan  maleic anhrydide (MAN) yg lain memakai compatilizer  non-comersial  maleic  anhydride polypropilene  co-polymer  (PPMAN)  sebagai compatibilizer.
Thermografic analisis mengindikasikan  bahwa  degradasi  thermal untuk  komposit  yang  tidak  diberi  perlakuan dimulai  pada  temperatur  yang  lebih  rendah dibandingkan dengan yang diberi perlakuan.
Penelitian  Hiroyuki  mengenai  komposit dengan penguat partikel kayu dan microcrystalline Cellulose (MC) dengan
menggunakan
polypropylene-graft-maleic anhydride (PP-g-MA)  sebagai compatibilizer menunjukan peningkatan kekuatan tarik, bending  dan  impak  dibandingkan  dengan  PP murni  dan  komposit  tanpa  MC.  Fhoto  SEM memperlihatkan  daya  ikat  antara  pengisi  dan matrik  untuk  komposit  dengan compatibilizer yang  lebih  baik.  Stabilitas  thermal  meningkat dengan  adanya compatibilizer dan  menurun dengan  kenaikan  prosentase  MC  (Alireza). Serat  bambu  dengan  panjang  10 mm memperkuat  matrik  partikel  kayu  dengan biodegradable  adhesive  menunjukan  kekuatan impak  yang  tinggi  dengan  menggunakan partikel  kayu  berukuran  besar  1  mm  dan kekuatan  bending  yang  tinggi  didapat  dari komposit dengan partikel kayu yang berukuran kecil  0.2  mm.  Hal  ini  dikarenakan berkurangnya  void  apabila  menggunakan partikel  berukuran  kecil.  Ketika  menggunakan partikel kayu berukuran kecil, daya ikat dengan adhesive tinggi sehingga meningkatkan kekuatan  bending.  Komposit  dengan  partikel kayu berukuran besar, daya ikat menurun tetapi dibawah beban impak, serat bambu dibengkokan  oleh  partikel  kayu  berukuran besar  ketika  terjadi  retakan  pada  matrik partikel kayu (bridging dan pull out mekanis).

## METODOLOGI

## Material
Partikel kayu dari limbah mebel dipisahkan dari serpihan kayu yang lebih besar dengan  ayakan  hingga  menjadi  partikel  kecil untuk  mendapatkan  ukuran  yang  diinginkan  ( 0,425  –  2,00  mm  ).  Selanjutnya  partikel direndam  dalam  larutan  alkali  5%  NaOH selama  2  jam.  Partikel  kemudian  dibersihkan dari  larutan  alkali  dengan  air  aquades  lalu partikel  dikeringkan  di  tempat  yang  tidak terkena  sinar  matahari  secara  langsung  selama 3 minggu, dan partikel siap dibuat komposit.

## Pembuatan Komposit
Proses  pembuatan  komposit  dilakukan dengan metode hand lay-up . Langkah- langkahnya  adalah  pertama  cetakan  yang terbuat  dari  kaca  yang  telah  disesuaikan dengan  geometri  spesimen  uji  dibersihkan  dan dilapisi    dengan mirror  glaze secara  merata agar  komposit  tidak  menempel  pada  cetakan. Langkah  berikutnya  adalah  mencampurkan partikel  kayu  dengan  resin  poliester  sesuai dengan  perbandingan  massa  yang  telah ditentukan  untuk  tiap-tiap  jenis  komposit. Masukkan  katalis  pada  campuran  dengan perbandingannya  99  :  1,  kemudian  diaduk secara  merata  dan  didiamkan  selama  5  menit agar  gelembung  udara  yang  terkandung dicampuran terlepas. Tuangkan campuran resin dengan  partikel  kayu  tadi  ke  dalam  cetakan yang  telah  dibuat  hingga  penuh  dan  buat permukaan  spesimen  menjadi  rata.  Biarkan hingga  mengering  selama  ±  8  jam  dan keluarkan  komposit  dari  cetakan.  Setelah spesimen  dikeluarkan  dari  cetakan,  kemudian dilakukan  proses post-curing terhadap spesimen  uji  dengan  menggunakan furnace listrik. Temperatur yang digunakan pada proses post-curing adalah  62 0 C  dengan  waktu penahanan selama 4 jam. Selanjutnya specimen dibentuk  dengan  mengacu  ke  standar  ASTM D3039.

## Pengujian Tarik dan Fhoto SEM
Setelah  spesimen  uji  selesai  dibuat dilakukan  pengujian  tarik,  pengujian  kadar  air dan  pengamatan  dengan  SEM.  Pengujian  tarik
dilakukan  dengan  mengacu  kepada  standard ASTM D3039.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik komposit partikel kayu 4% merawan    meningkat  sebesar  204,09  %  jika dibandingkan dengan resin poliester murni. Hal ini    mengindikasikan  bahwa  penguat  partikel kayu  mampu  meningkat  sifat  kekuatan  tarik pada komposit.
Pada  ketiga  jenis  komposit  nilai  kekuatan tarik  dan elongation mengalami  penurunan dengan  semakin  meningkatnya  presentasi partikel  kayu  seperti  ditunjukan  pada  gambar 1-2.  Untuk  komposit  partikel  kayu  merawan didapat  kekuatan  tarik  tertinggi  terdapat  pada presentasi  partikel  kayu  merawan  4%  sebesar 31,92 Mpa, partikel kayu merawan 8% sebesar 29,40  MPa  dan  untuk  kekuatan  tarik  terendah pada  komposit  partikel  kayu  merawan  16% yaitu 24,97MPa.
Gambar 1.Perbandingan Kekuatan Tarik dari ketiga jenis komposit serbuk kayu.
Kekuatan  tarik  tertinggi  pada  presentasi partikel  kayu  jati  4%  sebesar  30,91MPa,  pada partikel  kayu  jati  8%    kekuatan  tarik  sebesar 26,82  MPa  dan  kekuatan  tarik  terendah  pada komposit partikel kayu jati  16 % sebesar 21,95 MPa.
Kekuatan  tarik  komposit  partikel  kayu meranti  merah.  Kekuatan  tarik  tertinggi  pada presentasi  partikel  kayu  meranti  merah  4% dengan  nilai  sebesar  23,52  MPa. Pada partikel meranti  merah  8%  sebesar  19,29  MPa  dan partikel meranti merah 16% memiliki kekuatan
tarik sebesar 13,96 MPa.
Hasil  pengujian  kadar  air  pada  table  1 menunjukan bahwa serbuk kayu meranti merah mempunyai  kadar  air  tertinggi  diikuti  oleh serbuk  kayu  jati  dan  merawan.  Hal  ini menunjukan  kandungan  air  dapat  menurunkan kekuatan tarik komposit.
Gambar 2.Perbandingan Elongation dari ketiga jenis komposit serbuk kayu.
Tabel 1. Kadar air dari tiga jenis serbuk kayu
Spesimen Uji Kadar Air (%) Jati 16,52 Merawan 14,51 Meranti Merah 22,15

## Pengamatan  Patahan  Matrik  polyester  dan Komposit dengan SEM
Gambar  4  menunjukkan  patahan  poliester murni  tanpa  penguat,  patahan  poliester  murni ini  tampak  membentuk  fasa  homogen  karena belum  diperkuat  oleh  partikel  kayu.  Pada komposit  partikel  kayu  merawan  dilakukan pengamatan SEM pada prosentasi penguat 4%, 8%  dan  16  %,  hal  ini  bertujuan  selain  melihat mekanisme  penyebab  kegagalan  tetapi    juga untuk  mencari  penyebab  turunnya  nilai kekuatan  tarik  seiring  dengan  meningkatnya jumlah prosentasi fraksi volume.
Pada komposit partikel kayu 4% merawan menunjukkan  kuatnya  ikatan  interaksi  antara partikel  kayu  dengan  matriks  disebabkan  gaya di  antara  partikel  kayu  yang  kuat  dan  jaringan rantai polimer. Perlakuan alkali yang dilakukan juga  dapat  mempengaruhi  kekuatan bonding (daya ikat partikel) antara penguat dan matriks. Menurut  Katz  dan  Milewski  (1987),  bahan pengisi mempengaruhi kekuatan tarik
sehubung dengan adanya ikatan antar muka.
Gambar 4. Permukaan patahan komposit poliester murni
Gambar 5. Permukaan patahan  pada komposit 4% merawan.
Gambar  5  menunjukan  pada  permukaan komposit  4%  merawan  tidak  terlihat  adanya void ,  tetapi  terdapat  retakan  pada  matriks ( matrix  cracking )  akibat  dari  tegangan/gaya tarik  saat  uji  tarik  yang  tinggi.    Patahan  yang terjadi  bersifat  ulet  karena  sedikitnya  jumlah partikel  kayu  yang  ada,  ini  terlihat  dari  fasa matriks  yang  masih  homogen  dan  disertai elongation yang tinggi. Permukaan patahan komposit 8% merawan  ditunjukkan  pada  gambar  6,  dengan penambahan  jumlah  partikel  kayu  terlihat adanya partikel kayu yang berhimpit satu sama lain.  Partikel  kayu  yang  berhimpit  inilah  yang dapat menurunkan kekuatan tarik komposit.
Penyebaran  partikel  kayu  yang  tidak merata  menyebabkan  matriks  tidak  dapat mengikat  penguat  dengan  baik,  maka  ikatan
interface antara  penguat  dan  matriks  menjadi lemah. Debonding juga  terjadi  pada  daerah partikel  kayu  yang  berhimpit  disertai  dengan adanya matrix cracking .
Pada  komposit  16%  merawan  gambar  7 terdapat debonding disekeliling  sisi interface antara  partikel  dengan  matriks, debonding ini juga  yang  menyebabkan matrix  cracking . Debonding terjadi berawal dari adanya partikel kayu  yang  saling  berhimpit  dengan  adanya penambahan  jumlah  partikel  kayu  merawan.
Ikatan  interaksi  yang  lemah  inilah  yang menyebabkan  semakin  menurunnya  kekuatan tarik komposit dengan semakin
meningkatnya  prosentasi  dari  fraksi  volume. Adanya void disebabkan  masuknya  udara  saat pencampuran partikel kayu dengan matriks dan banyaknya  partikel  yang  ada  pada  komposit. Permukaan  patahan  matriks  yang  kasar disebabkan  perubahan  keliatan  karekteristik dari poliester berpenguat partikel kayu.
Gambar 6. Permukaan patahan komposit  penguat 8% merawan.
Gambar 7. Permukaan patahan komposit 16% merawan (a) debonding (b) void
Matrik
Partike l kayu Matrix cracking Voi d Debonding Partikel kayu Matrik Partikel  kayu  yang  berhimpit menghasilkan rongga udara
Pada  penelitian  ini  semakin  banyak partikel  kayu  yang  ditambahkan,  gerak molekul matriksnya menjadi terhambat sehingga matriks tidak dapat mengikat partikel kayu  dengan  baik,  akibatnya  pada  proses pengujian  tarik  matriks  akan  memisah  dari partikel  kayu  yang  bisa  menurunkan  kekuatan tariknya.
Dilihat  dari  patahan  komposit,  patahan yang  terjadi  pada  komposit  partikel  4% merawan  bersifat  ulet  dengan elongation yang tinggi sedangkan dengan meningkatkan prosentasi  fraksi  volume  komposit  patahan bersifat  getas.  Sifat  patahan  getas  ini dipengaruhi  oleh  kekakuan  dari  material penguatnya.

## KESIMPULAN
Komposit  dengan  penguat  tiga  jenis serbuk  kayu  yaitu  kayu  merawan,  jati  dan meranti  merah  diproduksi  dengan  teknik sederhana  yaitu  hand  lay-up  dengan  volume fraksi serbuk kayu 4%, 8% dan 16%.
Hasil dari pengujian menunjukan kekuatan tarik  komposit  lebih  tinggi  dari  pada  kekuatan tarik  polyester  murni.  Hal  ini  menunjukan adanya  penguatan  oleh  partikel  kayu  terhadap matrik polyester. Meskipun demikian, kekuatan  tarik  komposit  menurun  seiring dengan  penambahan  serbuk  kayu  untuk  ketiga jenis  kayu  tersebut.  Hal  ini  diperkirakan disebabkan  penggumpalan  serbuk  kayu    pada volume  fraksi  yang  tinggi,  jumlah  void  yang tinggi  dan  rendahnya wetability polyester terhadap serbuk pada komposit dengan volume fraksi tinggi. Faktor-faktor tersebut mengurangi  daya  ikat  antara  serbuk  kayu  dan polyester sehingga beban tidak dapat diteruskan  secara  optimal  dari  matrik  ke  fiber. Hal  ini  menyebabkan  beban  pada  komposit sebagian besar ditanggung oleh matrik.
Jika dibandingkan kekuatan ketiga macam komposit  tersebut  kekuatan  tarik  tertinggi adalah  pada  komposit  kayu  merawan  diikuti kayu  jati  dan  meranti  merah.  Dari  pengujian kadar  air  ketiga  jenis  kayu  didapatkan  bahwa kayu  merawan  memiliki  kadar  air  yg  paling rendah  diikuti  jati  dan  meranti  merah.  Hal  ini menunjukan  kandungan  kadar  air  menurunkan kekuatan tarik dari komposit serbuk kayu.

## DAFTAR PUSTAKA
 1  Adrian  J  Nunezh,  et.al,  Thermal  and Dynamic  Mechanical  Characterization  of Polypropylene-Woodflour Composites, Polymer  Engineering  and  science,  Vol. 42, No. 4 (2002)
 2  Beg  MDH,  Pickering  KL.  Effect  of  fibre pre-treatment on the mechanical
properties of wood/polypropylene composites.  In:  Proceedings  of  the  2nd international  conference  on  structure, processing  and  properties  of  materials, February,  Dhaka,  Bangladesh  (2004) 240–7.
 3  Hanafi  Ismail,  R.M.  Jaffri,  Physico- mechanical  properties  of  oil  palm  wood flour  filled  natural  rubber  composites,
Polymer Testing 18 (1999) 381–388
 4  Henry,  E.,  Z.H.  Stachurski,  Composite materials based on wood and nylon fibre, Composites: Part A 34 (2003) 171–181