Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.032.01
FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF THE COMPOSITES OF RESIN – HUSK OF RICE AND RESIN - RUB ASH
Muhammad Lawrence Pattersons 1, a) , Arin Naripa 1 , Sendiko Janu Winarno 1 , Siti Mawaddah Abhan 1 , Edi Sanjaya 1
1 Prodi Fisika UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, Jl. Ir. H. Juanda No. 95, Tangerang Selatan 15412
Email: a) muhammad4lawrence@gmail.com

## Abstrak
Telah dilakukan proses pembuatan dua buah material komposit dengan masing-masing filler berupa abu gosok  dan  sekam  padi,  matriks  berupa  resin.  Pada  komposit  resin  –  abu  gosok,  perbandingan  volume antara filler dan  matriks  adalah  1:1,  sedangkan  pada  komposit  resin  –  sekam  padi  digunakan  tiga perbandingan volume antara filler dan matriks, yaitu 1:1, 1:2, dan 2:1. Setelah proses pembuatan selesai, dilakukan  pengujian  TGA  dan  pengujian  kelenturan  tiga  titik  untuk  setiap  jenis  komposit  yang dihasilkan.  Pada  hasil  pengujian  TGA,  didapatkan  bahwa  penurunan  bobot  paling  besar  yang  pada komposit resin – abu gosok terjadi pada temperatur 390,29 ºC, sedangkan pada komposit resin – sekam padi  terjadi  pada  temperatur  399,86  ºC.  Hasil  pengujian  kelenturan  tiga  titik  menunjukkan  bahwa modulus elastisitas untuk sampel komposit resin – abu gosok adalah sebesar 4,97   10 9 N/m 2 , sedangkan untuk  sampel-sampel resin  –  sekam padi  berada pada orde 10 8 N/m 2 dan 10 6 N/m 2 . Secara keseluruhan, dapat  dikatakan  bahwa  komposit  resin  –  sekam  padi  yang  dihasilkan  memiliki  ketahanan  temperatur yang lebih baik dan lebih elastis dibandingkan komposit resin – abu gosok.
Kata-kata kunci: komposit, resin, abu gosok, sekam padi.

## Abstract
We have done the fabrication of two kinds of composite material the fillers that we used rub ash for one type  of  composite  and  the  husk  of  rice  for  another,  the  matrix  for  both  is  resin.  The  resin  –  rub  ash composite, the volume ratio of filler and matrix is 1:1, while in the resin – husk of rice composite we used three volume ratios, those are 1:1, 1:2, and 2:1. After the process of  fabrication was done, we did TGA test and three points flexural test for every composite we fabricated. The results of TGA test show that the most significant weight decrease of resin – rub ash composite occurred at 390,29 ºC, while the resin – rub ash  composite's  most  considerable  weight  decrease  occurred  at  399,86  ºC.  The  results  of  three  points flexural test show that elasticity of resin – rub ash composite is 4,97 x 10 9 N/m 2 , while elasticity modulus of all kinds of the resin – husk of rice composite is in order of 10 8 N.m 2 and 10 6 N/m 2 . Overall, we can conclude that the resin –  husk of rice composite is more heatproof and more elastic than the resin  – rub ash composite.
Keywords: composite, resin, rub ash, the husk of rice.
Received: 3 March 2018 Revised: 25 April 2018 Accepted: 13 June 2018 Published: 30 August 2018
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  salah  satu  negara  agraris  penghasil  padi  terbesar.  Salah  satu  limbah  dari proses  penggilingan  padi  adalah  sekam  padi.  Pemanfaatan  sekam  padi  cukup  minim,  yaitu  hanya meliputi  penggunaannya  sebagai  bahan  bakar  alternatif  untuk  pembakaran  batu  bata,  dan penggunaanya sebagai abu gosok (sekam padi yang dibakar) [1]. Pemanfaatan abu gosok pun sangat minim,  salah  satunya  sebagai  bahan  pembantu  dalam  pembuatan  telur  asin  [2].  Pemanfaatan  abu gosok  yang  cukup  baik  penggunaannya  adalah  sebagai  penghasil  natrium  silikat,  karena  kandungan SiO 2 yang cukup besar (94,4 %) dalam komposisi abu gosok [1].
Pada  bidang  ilmu  material,  khususnya  fisika  material,  peluang  untuk  menghasilkan  dan mengkarakterisasi  material  komposit  berbasis  bahan-bahan  yang  berasal  dari  alam  terbuka  sangat lebar,  terutama  bahan-bahan  yang  sedikit  pemanfaatannya.  Hal  tersebut  sangat  memungkinkan, mengingat  banyaknya  pilihan  material  yang  dapat  dipilih  dalam  pembuatan  komposit,  karena komposit  didefinisikan  sebagai  gabungan  dari  dua  (atau  lebih)  material  yang  berbeda, dikombinasikan  sehingga  menyatu.  Komposit  terdiri  dari  fasa-fasa  diskontinu  ( filler )  yang  dapat berupa serat atau partikel, dan juga fasa-fasa matriks (dapat terdiri dari polimer, logam, atau keramik) [3].
Dalam  penelitian  ini,  dibuat  dua  macam  material  komposit  dengan  masing-masing filler berupa abu  gosok  dan  sekam  padi,  sedangkan  matriks  yang  digunakan  berupa  matriks  polimer,  yaitu  resin epoksi. Resin epoksi merupakan  kopolimer yang  tersusun dari dua  jenis bahan  kimia yang berbeda. Salah  satu  bahan  kimia  tersebut  berfungsi  sebagai  resin,  sedangkan  yang  lainnya  berfungsi  sebagai pengeras ( hardener ) [4].
Resin  terdiri  dari  polimer  rantai  pendek  yang  memiliki  epoksida  di  kedua  ujungnya,  sedangkan hardener terdiri  dari polyamine seperti triethylenetetramine .  Saat  terjadi  pencampuran  antara  resin dan hardener ,  kelompok  amina  akan  bereaksi  dengan  kolompok  epoksida,  maka  tercipta  suatu struktur cross-linking .  Struktur  tersebut  memiliki  sifat  kaku  dan  kuat.  Dalam  hal  ini,  proses polimerisasi disebut sebagai curing , dan akan menghasilkan polimer thermosetting [4].
GAMBAR 1. Triethylenetetramine [4].
Selain melakukan pembuatan material-material komposit berbasis resin, dalam penelitian ini juga dilakukan  karakterisasi  sifat  ketahanan  termal  dan  sifat  mekanik  dari  material-material  tersebut. Karakterisasi  sifat  ketahanan  termal  dapat  dilakukan  dengan  pengujian Differential  Scanning Calorimetry (DSC)  dan thermogravimetric  analysis (TGA)  [5],  sedangkan  untuk  menguji  sifat mekanik  material  dapat  dilakukan non-destructive  test (seperti  penembakan  gelombang  ultrasonik terhadap material) atau destructive test (pembebanan gaya pada spesimen, hingga spesimen tersebut mengalami  kerusakan/kegagalan).  Dalam  banyak  kasus  pengujian  sifat  mekanik  menggunakan destructive  test ,  pengujian-  pengujian  yang  disarankan  adalah  pengujian  kelenturan  tiga  titik  dan pengujian  kelenturan  empat  titik  [6].  Dalam  penelitian  ini,  karakterisasi  yang  dipilih  adalah  TGA untuk mengetahui sifat ketahanan termal, dan pengujian kelenturan tiga titik untuk mengetahui sifat mekanik dari material-material komposit yang dihasilkan.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  melalui  beberapa  tahapan,  yaitu  (1)  preparasi  bahan-bahan,  (2) pembuatan  komposit  resin  –  abu  gosok  dan  resin  –  sekam  padi,  (3)  pengujian  TGA,  (4)  pengujian kelenturan  tiga  titik,  (5)  penganalisisan  data.  Adapun  diagram  alur  penelitian  ini  dapat  dilihat  pada GAMBAR 2.
Pada preparasi bahan-bahan, disiapkan resin  epoksi dan abu gosok dengan perbandingan volume 1:1, serta resin epoksi dan sekam padi dengan 3 perbandingan volume, yaitu 1:1, 1:2, dan 2:1. Semua sampel  komposit  dibuat  dengan  cara  mencampurkan  resin, hardener ,  dan filler pada  gelas.  Kadar h ardener yang terdapat dalam campuran ini adalah sebanyak 8 tetes. Cetakan yang terbuat dari kaca diolesi wax dan ditempelkan plastisin pada ujung-ujungnya untuk mencegah material komposit yang sedang  dibuat  keluar  dari  cetakan.  Kemudian  campuran  resin  ditumpahkan  diatas  cetakan  kaca  dan diratakan dengan tujuan supaya didapatkan ketebalan material yang sama di setiap  titik. Selanjutnya cetakan didiamkan hingga kering.
GAMBAR 2. Diagram alir penelitian.
Setelah  semua  sampel  selesai  dibuat,  dilakukan  pengujian  TGA  untuk  mengetahui  penurunan bobot material ketika temperatur terus dinaikkan. Selain itu, dilakukan pula pengujian kelenturan tiga titik ( three points flexural test ) untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas dari setiap material yang dihasilkan.
Pada pengujian kelenturan tiga titik, berlaku persamaan berikut:
3 3 4 FL E bd D = (1)
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Pada  persamaan  (1),  E  adalah  modulus  elastisitas  sampel,  F  adalah  gaya  maksimum,  L  adalah panjang  bidang  uji  sampel,  b  adalah  lebar  bidang  uji  sampel,  d  adalah  tebal  sampel,  dan  D  adalah deformasi pada gaya maksimum [7, 8].

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berikut adalah tampilan dari komposit-komposit yang telah dihasilkan dalam penelitian ini.
(a) (b)
GAMBAR 3. (a) Komposit resin – abu gosok, dan (b) komposit resin – sekam padi.
(a)
(b)
GAMBAR 4. Hasil pengujian TGA pada sampel komposit resin – abu gosok; (a) Bobot yang tersisa (dalam mg), dan (b) persentase penurunan bobot (dalam % per ˚C).
Berdasarkan hasil pengujian TGA pada GAMBAR 4 terhadap sampel komposit resin – abu gosok dapat diketahui bahwa persentasi penurunan berat meningkat secara perlahan sampai sekitar 275 ºC. Antara temperatur 275 ºC sampai 390,29 ºC, persentasi penurunan berat meningkat secara signifikan, dan  mencapai  puncaknya  pada  temperatur  390,29  ºC,  dengan  persentasi  penurunan  berat  hampir mencapai  1,38  %  per  ºC.  Ketika  sudah  mencapai  temperatur  sekitar  400  ºC,  berat  material  yang tersisa tidak mencapai 50 % dari berat awal.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
(a)
(b)
GAMBAR 5. Hasil pengujian TGA pada sampel komposit resin – sekam padi; (a) Bobot yang tersisa (dalam mg), dan (b) persentase penurunan bobot (dalam % per ˚C).
Berdasarkan  hasil  pengujian  TGA  pada  GAMBAR  5  dapat  diketahui  bahwa  sampel  komposit resin  –  sekam  padi,  mengalami  pengurangan  berat  pada  temperatur  154,83  °C,  dan  mencapai puncaknya  pada  temperatur  399,86  ˚C,  dengan  persentase  penurunan  berat  mencapai  sekitar  1,2  % per ˚C.
Pengurangan  berat  yang  terjadi  pada  kedua  jenis  sampel  ini  menunjukkan  hilangnya  air  atau terjadi  tahap  penguapan  air.  Tahapan  ini  terjadi  pada  semua  polimer  yang  melibatkan  air  ataupun cairan.  Selain  itu,  hilangnya  bobot  bisa  timbul  dari  evaporasi  kelembaban  atau  pelarut  yang  tersisa. Hasil  pengujian  ini  mengungkapkan  bahwa  komposit  resin  –  abu  gosok  masih  layak  digunakan  di bawah temperatur 275 ºC, sedangkan komposit resin – sekam padi masih layak digunakan di bawah temperatur  350  ºC.  Material  komposit  abu  –  gosok  lebih  mudah  mengalami  pengurangan  bobot dibandingkan  komposit  resin  sekam  padi,  karena filler abu  gosok  sendiri  pada  dasarnya  adalah  abu sisa  pembakaran  sekam  padi,  sehingga  memiliki  densitas  yang  lebih  kecil  dan  struktur  yang  lebih mudah  rusak  dibandingkan  dengan filler sekam  padi.  Hasil  tersebut  menunjukkan  bahwa  komposit resin – sekam padi lebih tahan panas dibandingkan dengan komposit resin – abu gosok.
(a)
(b)
GAMBAR 6. Hasil pengujian kelenturan tiga titik; (a) komposit resin – abu gosok, dan (b) komposit resin – sekam padi.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
TABEL 1. Hasil pengujian kelenturan tiga titik.
Jenis sampel Filler : matriks Gaya maksimum (N) Deformasi pada gaya maksimum (10 -5 m) Modulus Elastisitas (10 6 N/m 2 ) Resin – abu gosok 1 : 1 22,38 750 4.970 Resin – sekam padi 1 : 1 26,88 290 482 Resin – sekam padi 1 : 2 26,88 280 402 Resin – sekam padi 2:1 4,51 370 8,43
Tabel  1.  menunjukkan  hasil  pengujian  kelenturan  tiga  titik  yang  dilakukan,  terlihat  bahwa komposit  resin  –  abu  gosok  adalah  material  komposit  yang  paling  getas  di  antara  semua  material komposit  yang  dihasilkan.  Hal  tersebut  ditunjukkan  oleh  nilai  modulus  elastisitas  komposit  resin  – abu gosok yang paling besar.
Hasil  pengujian  kelenturan  tiga  titik  juga  menunjukkan  bahwa  semakin  banyak  komposisi filler sekam  padi  di  dalam  komposit,  maka  material  komposit  tersebut  menjadi  semakin  elastis.  Hal tersebut terjadi karena semakin banyak komposisi filler sekam padi di dalam material, semakin besar pula  densitasnya,  sehingga  material  memiliki  kekuatan  yang  lebih  besar  untuk  menahan  tekanan eksternal, dan deformasi yang terjadi tidak secara langsung merusaknya. Filler sekam padi juga lebih solid  daripada  abu  gosok  yang  berupa  serbuk,  sehingga  hal  itu  menjadi  faktor  yang  menyebabkan komposit resin – sekam padi lebih elastis daripada komposit resin  – abu gosok.  Struktur  yang  lebih solid tersebut mendukung material untuk semakin kuat menahan tekanan dan terjaga dari kerusakan langsung akibat deformasi.

## SIMPULAN
Telah berhasil dibuat dua macam material komposit; yaitu komposit resin – abu gosok dan resin – sekam  padi.  Secara  keseluruhan,  komposit  resin  sekam  padi  lebih  tahan  panas  dan  lebih  elastis daripada  komposit  resin  abu  gosok.  Semakin  banyak  densitas filler sekam  padi,  maka  material menjadi  semakin  elastis,  karena  dapat  menahan  tekanan  dan  mencegah  kerusakan  langsung  akibat deformasi dengan lebih baik.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih  kepada  Bp.  Priyambodo  dari Advanced  Physics  Laboratory –  Pusat  Laboratorium Terpadu  UIN  Syarif  Hidayatullah  Jakarta,  atas  bantuan  dan  diskusi  yang  sangat  berharga  selama penelitian ini dilakukan.

## REFERENSI
[1] B. Soeswanto and N. Lintang, “Pemanfaatan Abu Sekam Padi Menjadi Natrium Silikat,” Jurnal Fluida, vol. 7, pp. 18-22, May 2013.
[2] H. Yuniati, “Efek Penggunaan Abu Gosok dan Serbuk Bata Merah pada Pembuatan Telur Asin terhadap  Kandungan  Mikroba  dalam  Telur,”  Jurnal  Penelitian  Gizi  dan  Makanan,  vol.  34,  pp. 131-137, 2011.
[3] L.  H.  Van  Vlack,  “Polimer  dan  Komposit,”  in Elemen-elemen  Ilmu  dan  Rekayasa  Material Edisi Keenam . Jakarta: Erlangga, 2004, pp. 351-392.
[4] D.  S.  Darsa  and  M.  Rizki,  “Karakterisasi  Komposit  Resin  Epoksi  Serbuk  Kayu,”  Prosiding Seminar Nasional Fisika (E-Journal), vol. 4, pp. 5-8, Oct. 2015.
[5] N.  H.  Mohan et  al. ,  “Characterization  of  Thermal  Properties  of  Pig  Hair  Fiber,”  J.  Natural Fibers, vol. 14, pp. 1-7, Jan. 2017.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
[6] P. R. G. Hein and L. Brancheriau, “Comparison between Three-Point and Four-Point Flexural Tests  to Determine Wood Strength of Eucalyptus Specimens,” Maderas: Ciencia  y  Teclología, vol. 20, pp. 1-18, Jan. 2018.
[7] S. A. R. Junior et al ., “Flexural Strength and Modulus of Elasticity of Different Types of Resin- Based Composites,” Brazilian Oral Research, vol. 21, pp. 16-21, 2007.
[8] A.  Mehndiratta et  al. ,  “Experimental  Investigation  of  Span  Length  for  Flexural  Test  of  Fiber Reinforced Polymer Composite Laminates,” J. Materials Research and Technology, vol. 7,  pp. 89-95, Nov. 2017.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA