Yati Susanah dan Widayani

Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Menggunakan Arang dan Serat
Bambu Apus dengan Matriks Epoxy Resin

Yati Susanah* dan Widayani

Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011) 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia; ISBN : 978-602-19655-0-4 286 

Download file: 258 

Abstrak

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui bagaimana pembuatan komposit arang dan serat bambu apus dengan matriks epoxy, menyelidiki pola kegagalan pada uji tekan dan tarik, serta studi mengenai mekanisme perpatahan benda uji. Pada penelitian ini telah dibuat komposit menggunakan arang dan serat bambu apus dengan fraksi massa 50%, 52,9%, 56,25%, 60%, 64,28%.

Pada pengujian tekan bahan komposit arang dan serat bambu apus dengan matriks epoxy resin diperoleh bahwa modulus elastisitas komposit dipengaruhi oleh kandungan arang dan serat bambu. Untuk fraksi massa arang 50%, 52,9%, 56,25%, 60%, dan 64,28% berturut-turut diperoleh modulus elastisitas 84,65 MPa, 122,63 MPa, 152,83 MPa, 145,03 MPa, dan 112,09 MPa. Untuk persentase massa serat 50%, 52,9%, 56,25%, dan 60%, berturut-turut diperoleh modulus elastisitas 85,51 MPa, 147,47 MPa, 55,12 MPa, dan 12,16 MPa.

Pengujian tarik bahan komposit serat bambu apus – epoxy menunjukkan bahwa menurunnya modulus  elastisitas dipengaruhi oleh kandungan filler dan matriks penyusunnya, yaitu. 368,21 MPa, 219,75 MPa, dan 97,66 MPa pada fraksi massa 52,9%, 56,25%, dan 60%.

Komposit arang dan serat bambu apus bersifat getas dilihat dari permukaan patahan dan nilai kelenturannya yang menunjukkan bahwa komposit tersebut rapuh.

Kata kunci : uji tekan, uji tarik, modulus elastisitas, serat dan arang bambu apus.

1. PENDAHULUAN

Citayam Kabupaten Bogor yang memiliki kekayaan alam berupa tanaman bambu terutama Gigantochloa apus Kurz (bambu apus) dan bambu hitam telah menjadikan sebagian penduduknya memproduksi meubel berbahan
dasar bambu. Sungguh sangat disayangkan bila serbuk bambu sebagai residu produksi atau daun keringnya hanya terbuang sebagai sampah.

Maka penelitian tentang pembuatan komposit arang dan serat bambu apus menarik untuk dikaji. Pembuatan komposit pada penelitian ini  menggunakan alkohol sebagai pengencer  (katalis) dan Epoxy 1021 (Korea) yang terdiri dari epoxy resin (1021 A 1 Kg) epichlorohydrin (chloropropylene oxide) [CH2OCHCH2Cl] dan hardener (1021 B 0,8 Kg) bisphenol A [(CH3)2C(C6H4OH)2] sebagai matriks.

Kemudian dilakukan pengujian untuk mengetahui kekuatan tekan dengan menggunakan alat Mark 10 di lab Instrumentasi Fisika ITB dan tarik menggunakan alat Tensilon UTM (Universal Testing Machine) di lab Fisika LIPI Bandung pada komposit arang dan serat bambu apus.

Penggunaan alkohol ini diharapkan dapat  mengurangi void pada komposit yang terbentuk  dari core serat dan arang bambu apus sebagai  filler dalam fraksi massa tertentu. Sehingga  pembuatan komposit ini dapat memperbaiki sifat  mekanis komposit bambu apus. Sifat fisis dan  mekanis merupakan informasi penting guna  memberi petunjuk tentang cara pengerjaan maupun sifat material yang dihasilkan.

2. METODE

Metode penelitian adalah eksperimen yang terdiri dari dua tahap:

2.1 Pembuatan Komposit Arang dan Serat Komposit Bambu Apus.

Pemotongan – pembakaran (untuk arang dan tidak untuk serat) – pengeringan – penggilingan – penyaringan (dengan mesh 40) – penimbangan  (sesuai ukuran fraksi massa 50%, 52,9%, 56,25%,  60%, 64,28%) – pencampuran dengan matriks  epoxy resin dan alkohol 70% – pencetakan – pengangkatan dari cetakan.

Perumusan fraksi massa adalah penimbangan  bahan 1 yaitu arang atau serat dan bahan 2 matriks epoxy resin, yaitu:

100%
1 2
1 ×
+
=
m m
V m m …(1)
Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011)
22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia
ISBN : 978-602-19655-0-4 287
dimana Vm Fraksi massa (%), m1 massa bahan 1,
m2 massa bahan 2.
Karakterisasi Komposit dengan Pengujian
Tekan dan Pengujian Tarik Tegangan yang
diperoleh dari tarikan atau tekanan pada komposit
yaitu stress
A
= Ft στ …(2)
dan strain
l0
∈ = Δlt τ …(3)
menghasilkan modulus elastisitas (E)
t
E t = ∈ σ …(4)
Secara grafik dapat pula diperoleh modulus
elastisitas E yang ditentukan pada daerah linier
(yaitu daerah di mana stress berbanding lurus
dengan strain), ditunjukkan dengan tangen sudut
α, dimana t
σ tegangan atau stress, Ft gaya tarik
atau tekan, A luas permukaan benda ditarik atau
ditekan, Δlt perubahan panjang setelah benda,
ditarik atau ditekan, l0 panjang benda mula-mula,
∈t regangan benda setelah ditarik atau ditekan
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Komposit Arang dan Serat Bambu Apus
Gambar 1. Komposit Arang Bambu Apus (a),
Komposit Serat Bambu Apus (b).
Jika meninjau partikel komponen-komponen
adonan berinteraksi langsung dalam keadaan
tercampur. Pada proses pencampuran, tarikan
antar partikel komponen murni terpecah dan
tergantikan dengan tarikan antara serat dengan
epoxy. Memungkinkan interaksi antara serat dan
epoxy tetap stabil. Tetapi bila komponen filler
(serat) ditambahkan terus-menerus ke dalam
adonan, pada suatu titik komponen yang
ditambahkan tidak akan dapat tercampur kembali.
Hal ini menunjukkan bahwa semakin banyak filler
dalam komposit maka ikatan matriks semakin
lemah. Jadi variasi fraksi massa yang digunakan
komposit untuk arang bambu apus adalah
Vm=50%, Vm=52,9%, Vm=56,25%, Vm=60% dan
Vm=64,28% serta serat hanya pada Vm=50%,
Vm=52,9%, Vm=56,25%, dan Vm=60%.
3.2. Pengujian Tekan Komposit Arang dan
Serat Bambu Apus
Tabel 1. Hasil pengujian tekan rerata komposit
arang bambu apus
Vm (%) E Rerata (MPa)
50 84,65
52,9 122,63
56,25 152,83
60 145,03
64,28 112,09
Data modulus elastisitas diperoleh dengan peratarataan
dari 3 sampel (tabel IV.1) menunjukkan
bahwa modulus elastisitas maksimum diperoleh
untuk komposit dengan fraksi massa arang
56,25% yaitu 152,83 MPa, dan minimum pada
fraksi massa 50% yaitu 84,65 MPa. Hal ini
dimungkinkan karena bertambahnya filler (arang
bambu apus) yang digunakan mempengaruhi
kekuatan struktur komposit sehingga modulus
elastisitas sebagai indikasi kekakuan mengalami
kenaikan dan penurunan. Ditunjukkan oleh daya
tahan tekan komposit berkurang. Sehingga tipikal
kerusakan yang terjadi pada masing-masing fraksi
massa digunakan sebagai pengamatan, terlihat
perbedaan nilai beban maksimum yang dapat
ditahan oleh komposit.
Tabel 2. Hasil pengujian tekan rerata komposit
serat bambu apus
Vm (%) E Rerata (MPa)
50 85,51
52,9 147,47
56,25 55,12
60 12,16
Ternyata penambahan fraksi massa pada
komposit serat bambu apus juga menunjukkan
kenaikan E (modulus elastisitas), dari fraksi
massa Vm=50% sampai dengan Vm=52,9% dan
menunjukkan penurunan E (modulus elastisitas)
dari fraksi massa Vm=52,9% sampai dengan
Vm=60%. Hal ini menunjukkan bahwa dengan
komposisi filler yang bertambah maka daya tahan
komposit berkurang (elastis) seperti halnya
komposit arang bambu apus sehingga kekakuan
komposit menurun.
Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011)
22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia
ISBN : 978-602-19655-0-4 288
3.3 Perbandingan Pengujian Tekan antara
Komposit Arang dan Serat Bambu Apus
Gambar 2. Kurva hubungan antara fraksi massa
dan modulus elastisitas tekan komposit arang dan
serat bambu apus
Pola karakteristik pengujian tekan komposit arang
bambu apus dan komposit serat bambu apus
memiliki kesamaan yaitu pola naik dan turun nilai
modulus elastisitasnya (gambar II), meskipun
dengan nilai modulus elastisitas yang berbeda.
Karakteristik kedua jenis komposit diawali pada
kondisi awal modulus elastisitas yang relatif sama
yaitu fraksi massa Vm=50% sebesar ± 85 MPa.
Kenaikan terjadi pada fraksi massa Vm=50%
sampai dengan Vm=56,25% untuk komposit
arang bambu apus dan Vm=50% sampai dengan
Vm=52,9% pada komposit serat bambu apus.
Penurunan modulus elastisitas komposit arang
bambu apus pada fraksi massa Vm=56,25%
sampai dengan Vm=64,28% dan fraksi massa
Vm=52,9% sampai dengan Vm=60% untuk
komposit serat bambu apus.
3.4 Pengujian Tarik Komposit Serat Bambu
Apus
Tabel 3. Hasil pengujian tarik komposit serat
bambu apus
Vm (%) E Rerata (MPa)
52,9 368,21
56,25 219,75
60 97,66
Berdasarkan data tersebut diketahui bahwa
modulus elastisitas tarik minimum pada fraksi
massa 60% yaitu 97,66 MPa dan maksimum pada
fraksi massa 52,9% yaitu 368,21 MPa.
Penambahan fraksi massa serat bambu apus
pada komposit serat diperoleh komposit yang
memiliki modulus elastisitas tarik menurun. Hal ini
menunjukkan bahwa semakin banyak serat yang
digunakan, maka komposisi komposit akan
berubah. Secara otomatis mengurangi bahan
pengikatnya yang menyebabkan ikut melemahnya
bahan pengikat (matriks) tersebut.
3.5 Perbandingan antara Pengujian Tekan
dan Pengujian Tarik pada Komposit Serat
Bambu Apus
Modulus elastisitas tertinggi sama-sama terjadi
pada fraksi massa 52,9% dan terendah pada
fraksi massa 60% (gambar III), ini membuktikan
bahwa material yang menerima tegangan memiliki
kemampuan yang sama dalam hal tegangan tarik
maupun tegangan tekan, meskipun nilainya tidak
sama. Kemungkinan perbedaan ini terjadi karena
bentuk spesimen uji berdimensi tidak sama
(disesuaikan dengan alat uji yang digunakan)
sehingga perbedaan gaya yang diberikan
mengalami kenaikan dan mempengaruhi besar
tegangan dan regangannya.
Gambar 3. Kurva hubungan antara fraksi massa
dan modulus elastisitas tekan – tarik komposit
serat bambu apus
Hasil ditampilkan dalam bentuk table atau
gambar. Tabel dan gambar diberi nomor secara
berurutan dan merupakan kelanjutan dari tabletabel
atau gambar-gambar yang sebelumnya
(apabila ada) disampaikan, baik di pendahuluan
ataupun bahan dan metode. Pada diskusi ini
dapat disampaikan saran apa yang penting dan
menarik untuk dilaksanakan berdasarkan hal-hal
yang timbul/menarik serta alternatif-alternatif
lainnya. Berikut format pencantuman gambar dan
penulisan tabel.
KESIMPULAN
Komposit arang dan serat bambu apus sudah
berhasil dibuat. Karakteristik komposit arang
bambu apus menunjukkan modulus elastisitas
rata-rata uji tekan pada fraksi massa Vm=50%,
Vm=52,9%, Vm=56,25%, Vm=60%, dan
Vm=64,28% yaitu 84,65 MPa, 122,63 MPa,
152,83 MPa, 145,03 MPa, dan 112,09 MPa.
Karakteristik komposit serat bambu apus
menunjukkan modulus elastisitas rata-rata uji
tekan Vm=50%, Vm=52,9%, Vm=56,25%, dan
Vm=60%, yaitu 85,51 MPa, 147,47 MPa, 55,12
MPa, dan 12,16 MPa. Pengujian tarik komposit
serat bambu apus pada fraksi massa Vm=52,9%,
Vm=56,25%, dan Vm=60% yaitu 368,21 MPa,
219,75 MPa, dan 97,66 MPa. Penambahan fraksi
massa mempengaruhi karakteristik komposit yang
Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011)
22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia
ISBN : 978-602-19655-0-4 289
dihasilkan. Kegagalan komposit disebabkan
karena adanya void yang disebabkan karena
pencampuran antara matrik dan partikel kurang
merata.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih penulis sampaikan kepada
Kementrian Agama Republik Indonesia yang
sudah memberikan beasiswa untuk melanjutkan
studi di Program Magister Pengajaran Fisika ITB.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Krisdianto, Ginuk Sumarni dan Agus Ismanto,
2006. Sari Hasil Penelitian Bambu
Departemen Kehutanan, Jakarta.
(http://www.dephut.go.id/INFORMASI/litbang
/teliti/bambu.htm, 1 November 2010).
[2] http://www.litbang.deptan.go.id/swish/swish.c
gi?query=bambu, 27 November 2010
[3] Eko Heri Purwanto, 2009. Sifat Fisis dan
Mekanis Fraksi Volume 5%, 10%, 15%, 20%,
25% Core Arang Bambu Apus pada
Komposit Sandwich dengan Cara Tuang,
Univ Muhammadiyah Surakarta, Surakarta
http://digilib.its.ac.id, Nov 2010.
[4] Akhmad Herman Yuwono, 2009. Buku
Panduan Praktikum Karakterisasi Material 1
Pengujian Merusak (Destructive Testing).
Dept. Metalurgi dan Material Fakultas Teknik
Universitas Indonesia.
(http://repository.ui.ac.id/contents/koleksi/11/
203f21941a45967f2725262fb729753931ce6
1b8.pdf, 26 November 2010).
[5] Fajar J, 2008. Pengaruh Fraksi Volume
Komposit Hybrid Bambu dan Serat E-Glass
Bermatriks Polyester 157 BQTN Terhadap
Beban Tarik dan Bending. Universitas
Muhammadiyah Surakarta. Surakarta.
[6] Tarkono, 2009. Pengaruh Sandwich
Laminated Coco Mat dan Chopped Strand
Mat Terhadap Kekuatan Material Komposit.
Teknik Mesin. Universitas Lampung. Bandar
Lampung.
[7] Masturi, 2010. Fabrikasi Dan Karakterisasi
Material Nanokomposit Silika Berbasis
Sampah. Tesis, Institut Teknologi Bandung.
[8] Siaran Pers, 2010. Mahasiswa ITB Memulai
Perjalanan Menuju Kendaraan Hemat Energi.
Tim shell Eco-Marathon Asia 2010. Bandung.
[9] Misriadi, 2010. Journal Pemanfaatan Serat
Alami (Serabut Kelapa) Sebagai Alternatif
pengganti Serat Sintetis Pada Fiberglass
Guna Mendapatkan Kekuatan Tarik Yang
Optimal. Fakultas Teknologi Kelautan
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Surabaya,
ITS.
Yati Susanah*
MAN 3 Jakarta, Jl Rawasari Selatan No. 6
Jakarta 10510
ysusanah@yahoo.co.id
Widayani
Kelompok Keahlian Fisika Nuklir dan Biofisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Intstitut Teknologi Bandung.
Jl. Ganesha 10 Bandung 40132
widayani@fi.itb.ac.id
*) Correspondens author

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s


%d bloggers like this: