PENGARUH PROSENTASE PENAMBAHAN UREA …/Pengaruh... · Limbah sekam padi Gambar 2.1 ... thermosetting, yaitu akan mengalami perubahan fisik maupun kimia serta ... perekat pembuatan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH PROSENTASE PENAMBAHAN

UREA -FORMALDEHIDE TERHADAP DENSITAS DAN

KETANGGUHAN IMPAK BAHAN KOMPOSIT

SEKAM PADI - UREA FORMALDEHIDE

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

KUNTO RAHARJO

I 0405032

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Ta’ala, yang telah

memberikan rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Komposisi Sekam Padi dan Urea

Formaldehide Terhadap Densitas dan Ketangguhan Impak Bahan Komposit

Sekam Padi-Urea Formaldehide”. Adapun penulisan skripsi ini adalah untuk

memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah

berpartisipasi dalam menyelesaikan skripsi ini, yaitu kepada:

1. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T., M.T., selaku ketua jurusan Teknik Mesin.

2. Bapak Prof. DR. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I.

3. Bapak Bambang Kusharjanta, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II dan

pembimbing akademik.

4. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

5. Bapak Martono selaku laboran di Lab. Ilmu Logam Universitas Sanata

Dharma yang telah membantu pada saat pengujian.

6. Keluarga tercinta yang senantiasa memberi doa dan dukungan kepada

penulis.

7. Teman-teman Teknik Mesin 2005 (Ridwan Afandi, S.T., Heri Tri Waloyo

S.T., M Khoirul Muslim S F, S.T., Gagas Ihsan, S.T., Bayu Hendrawan, S.T.,

Hery E, S.T., Amin Tri Wibowo, S.T., Nopi Andriana A U, S.T., dll) terima

kasih atas semua dukungan dan bantuannya.

8. Semua pihak yang tak dapat kami sebutkan satu persatu, atas segala

bantuannya pada penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih banyak terdapat

kekurangan, untuk itu masukan dan saran yang membangun demi kesempurnaan

laporan ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para

pembaca.

Surakarta, Juli 2012

Penulis


commit to user

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................... .................. i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. .................. ii

SURAT PENUGASAN TUGAS AKHIR ................................................................. iii

ABSTRAK ................................................................................................................. iv

ABSTRACT ............................................................................................................... v

KATA PENGANTAR ............................................................................................... vi

DAFTAR ISI .............................................................................................................. vii

DAFTAR TABEL ...................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. x

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xi

BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................................... 1

1.1. Latar Belakang .............................................................................................. 1

1.2. Rumusan Masalah ......................................................................................... 3

1.3. Batasan Masalah............................................................................................ 3

1.4. Tujuan dan Manfaat ...................................................................................... 3

1.5. Sistematika Penulisan ................................................................................... 3

BAB II. DASAR TEORI ........................................................................................... 5

2.1. Tinjauan Pustaka ........................................................................................... 5

2.2. Tinjauan Teori Komposit .............................................................................. 6

2.3. Tinjauan Komponen Penyusun Komposit ..................................................... 9

2.4. Tinjauan Pengujian pada Komposit .............................................................. 11

BAB III. METODE PENELITIAN............................................................................ 14

3.1. Bahan Penelitian............................................................................................ 14

3.2. Peralatan Penelitian ....................................................................................... 15

3.3. Pelaksanaan Penelitian .................................................................................. 18

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan .................................................................... 18

3.3.2. Pembuatan Bahan Komposit ................................................................ 18

3.3.3. Tahap Pengujian ................................................................................... 19

3.3.4. Diagram Alir ........................................................................................ 20

BAB IV. DATA DAN ANALISA ............................................................................. 21

4.1. Densitas Komposit ........................................................................................ 21

4.2. Pengujian Impak Bahan Komposit Sekam Padi-Urea Formaldehide

dengan Variasi Prosentase Penambahan Urea Formaldehide ....................... 22


commit to user

viii

BAB V. PENUTUP .................................................................................................... 26

5.1. Kesimpulan ................................................................................................... 26

5.2. Saran .............................................................................................................. 26

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 27

LAMPIRAN ............................................................................................................... 29


commit to user

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Klasifikasi komposit panel ........................................................................ 8

Tabel 4.1. Densitas bahan komposit sekam padi-urea formaldehide ........................ 21

Tabel 4.2. Hasil energi serap pengujian impak bahan komposit ................................ 22

Tabel 4.3. Hasil ketangguhan impak bahan komposit ............................................... 23

Tabel L.1. Spesifikasi sekam padi dan Urea Formaldehide ...................................... 29

Tabel L.2. Data uji densitas secara pengukuran ......................................................... 30

Tabel L.3. Data uji densitas secara teoritis ................................................................ 31

Tabel L.4. Data pengujian impak ............................................................................... 32


commit to user

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Limbah sekam padi ............................................................................... 2

Gambar 2.1. Pembagian kelas material ...................................................................... 9

Gambar 2.2. Alat uji impak Charpy ........................................................................... 12

Gambar 3.1. Sekam Padi ............................................................................................ 14

Gambar 3.2. Urea-Formaldehide ............................................................................... 14

Gambar 3.3. Hardener (NH4Cl) ................................................................................. 14

Gambar 3.4. Dongkrak Hidrolik ................................................................................ 15

Gambar 3.5. Timbangan Digital ................................................................................ 15

Gambar 3.6. Cetakan dan rangka ............................................................................... 15

Gambar 3.7. Jangka sorong ........................................................................................ 16

Gambar 3.8. Chamber plastik .................................................................................... 16

Gambar 3.9. Oven Elektrik ........................................................................................ 17

Gambar 3.10. Alat uji impak Charpy ......................................................................... 17

Gambar 3.11. Dimensi spesimen uji densitas ............................................................ 19

Gambar 3.12. Dimensi spesimen uji densitas ............................................................ 19

Gambar 3.13. Skema pengujian impak Charpy ........................................................ 19

Gambar 3.14. Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 20

Gambar 4.1. Densitas bahan komposit sekam padi-urea formaldehide..................... 21

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Energi Serap – Kandungan UF ................................ 22

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Ketangguhan Impak – Kandungan UF ..................... 23

Gambar 4.4. Bentuk perpatahan variasi UF 33% ....................................................... 24

Gambar 4.5. Bentuk perpatahan variasi UF 37,5% .................................................... 24

Gambar 4.6. Bentuk perpatahan variasi UF 42% ....................................................... 24

Gambar L.1. Grafik densitas bahan komposit secara pengukuran ............................. 30

Gambar L.2. Grafik densitas bahan komposit secara teoritis..................................... 31

Gambar L.3. Grafik perbandingan densitas pengukuran dengan densitas teoritis ..... 31

Gambar L.4. Grafik hubungan energi serap – kandungan UF ................................... 32

Gambar L.5. Grafik hubungan ketangguhan impak – kandungan UF ....................... 33

Gambar L.6. Dokumentasi proses penelitian ............................................................. 34


commit to user

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Spesifikasi Sekam Padi dan Urea Formaldehide ................................... 26

Lampiran 2. Data Uji Densitas ................................................................................... 27

Lampiran 3. Data Uji Impak ...................................................................................... 30

Lampiran 4. Dokumentasi ......................................................................................... 34


commit to user

iv

PENGARUH PROSENTASE PENAMBAHAN UREA-FORMALDEHIDE

TERHADAP DENSITAS DAN KETANGGUHAN IMPAK BAHAN

KOMPOSIT SEKAM PADI - UREA FORMALDEHIDE

Kunto Raharjo

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

ABSTRAK

Tujuan penelitian adalah untuk menyelidiki pengaruh prosentase

penambahan urea formaldehide terhadap densitas dan ketangguhan impak bahan

komposit sekam padi - urea formaldehide.

Bahan penelitian yang digunakan adalah sekam padi dan urea

formaldehide dengan hardener NH4Cl. Spesimen ini dibuat dengan metode cetak

tekan dengan variasi kandungan urea formaldehide 33%; 37,5% dan 42%. Uji

yang dilakukan adalah uji densitas dan uji impak dengan mengacu pada standar

ASTM C271 untuk uji densitas dan ASTM D5942 untuk uji impak.

Hasil penelitian menunjukkan nilai densitas maupun ketangguhan impak

bahan komposit sekam padi-urea formaldehide naik seiring dengan penambahan

jumlah prosentase urea formaldehide. Nilai densitas pada variasi kandungan urea

formaldehide 33%; 37,5% dan 42% adalah 431,01 kg/m3; 477,27 kg/m

3;

508,30 kg/m3. Sedangkan untuk ketangguhan impaknya adalah 11,1 kJ/m²; 13,8

kJ/m²; 18,5 kJ/m². Hal tersebut menegaskan bahwa semakin banyak kandungan

urea formaldehide yang ditambahkan maka ikatan antar partikelnya semakin kuat.

Kata Kunci : densitas, ketangguhan impak, sekam padi, urea formaldehide


commit to user

v

THE EFFECT OF PERCENTAGE OF UREA FORMALDEHYDE

ADDITION TO THE DENSITY AND IMPACT TOUGHNESS

OF RICE HUSK-UREA FORMALDEHYDE COMPOSITE MATERIAL

Kunto Raharjo

Mechanical Engineering Sebelas Maret University of Surakarta

ABSTRACT

The aim of the research was investigated the effect of percentage of urea

formaldehyde addition to the density and impact toughness of rice husk-urea

formaldehyde composite material.

The materials in this research was rice husk and urea formaldehyde with

NH4Cl as hardener. These specimen made by press mold method with variation of

urea formaldehyde content of 33%; 37,5% and 42%. The tests carried out

included density test and impact test with a reference to ASTM C271 standard test

for density and ASTM D5942 for impact test.

The results show the value of the density and impact toughness of

composite materials urea formaldehyde rice husk increase with the addition of the

percentage amount of urea formaldehyde. Variation of density values on urea

formaldehyde content of 33%; 37,5% and 42% is 431,01 kg/m3; 477,27 kg/m

3;

508,30 kg/m3. As for the impact toughness is 11,1 kJ/m²; 13,8 kJ/m²; 18,5 kJ/m² It

claimed that the more level of urea formaldehyde were added, the stronger the

particles bonding.

Keywords : density, impact toughness, rice husk, urea formaldehyde


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat

pesat. Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas,

seperti untuk peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara),

konstruksi dan dunia antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara

lain; tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan),

murah dan proses pembuatannya mudah (Gay, 2003). Jenis komposit yang sudah

banyak dikembangkan adalah komposit berpenguat serat sintetis, seperti E-Glass,

Kevlar-49, Carbon / Graphite, Silicone carbide, Aluminium Oxide, dan Boron.

Namun, karena serat sintetis mengakibatkan limbah yang sulit terurai secara alami

maka perlu dicari serat pengganti yang lebih ramah lingkungan seperti serat alam.

Beberapa keuntungan penggunaan serat alam, antara lain dapat diperbaharui

(renewable), berlimpah, murah, dapat terbiodegradasi (biodegradable), tidak

mencemari lingkungan dan tidak beracun (Prayetno, 2007).

Indonesia sebagai negara agraris yang mayoritas penduduknya

menjadikan beras sebagai makanan pokoknya, serta produksi berasnya merata di

seluruh tanah air. Berdasarkan angka ramalan (Aram) III Badan Pusat Statistik

(BPS) produksi gabah nasional tahun 2008 diperkirakan mencapai 57,05 juta ton

gabah kering giling (GKG). Dengan produksi ini terjadi peningkatan 2,59 juta ton

(4,76%) jika dibandingkan dengan angka tetap (Atap) produksi 2006. Kenaikan

produksi ini didorong perluasan lahan panen seluas 379,18 ribu Ha (3,22%).

Dengan pertumbuhan produksi sebesar 5%, tahun depan target produksi padi

nasional akan mencapai 59,9 juta ton. Angka ini dicapai dengan peningkatan

produksi sebesar 2,85 juta ton GKG. (Affendi, 2008).

Keberadaan sekam padi yang melimpah di Indonesia masih tidak

termanfaatkan dengan baik. Diantara sekian banyak kegunaan sekam padi,

sebagian besar dieksploitasi untuk keperluan-keperluan tradisional seperti

perapian, abu gosok, pembakaran batu-bata, campuran batu-bata dan sebagainya

(Ridwan, 2007). Dengan mengoptimalkan keunggulan sifatnya, limbah sekam


commit to user

2

tersebut dapat mempunyai kegunaan yang tinggi, seperti untuk pembuatan panel

komposit (Herina, 2005).

Gambar 1.1. Limbah sekam padi ( http://andinibrebes.blogspot.com )

Perekat urea formaldehide merupakan jenis perekat yang bersifat

thermosetting, yaitu akan mengalami perubahan fisik maupun kimia serta

mengeras di bawah kondisi panas dan akan tetap mengeras meskipun panas

tersebut dihilangkan (Prayitno, 1996). Kollman (1975) menyebutkan paling tidak

90% dari produk papan partikel di Eropa Tengah menggunakan perekat urea

formaldehida. Kelebihan urea formaldehide antara lain lebih murah, tidak

berwarna, dapat matang pada suhu kamar. Meskipun demikian perekat ini

memiliki kelemahan tidak tahan terhadap kelembaban, sehingga papan yang

dihasilkan hanya dapat digunakan di dalam ruangan (interior).

Bahan urea formaldehide merupakan jenis resin yang tepat sebagai

perekat pembuatan core sekam padi karena harganya murah (Rp 10.000,- per

liter). Bahan ini mudah diperoleh karena dibuat PT. Pamolite Adhesive Industry di

Probolinggo Jawa Timur. Bahan UF ini sangat cocok untuk digunakan sebagai

perekat produk core karena komponen core di dalam struktur panel komposit

sandwich menderita pembebanan yang rendah.

Dalam aplikasi di lapangan, panel komposit tak pernah lepas dari proses

pembebanan. Beban impak dapat berupa tumbukan tiba-tiba seperti terkena

lemparan benda yang keras. Oleh sebab itu perlu diadakan penelitian untuk

mengetahui ketangguhan impak bahan komposit sekam padi-urea formaldehide,

sehingga diperoleh data yang diharapkan sangat berguna dalam aplikasi panel

komposit ini secara nyata.

http://andinibrebes.blogspot.com/


commit to user

3

1.2. Perumusan Masalah

Permasalahan utama dari penelitian ini adalah bagaimana pemanfaatan

sekam padi dan urea formaldehide untuk dijadikan bahan komposit, serta

pentingnya mengetahui pengaruh prosentase penambahan urea formaldehide

terhadap densitas dan ketangguhan impak bahan komposit sekam padi-urea

formaldehide.

1.3. Batasan Masalah

Dalam penelitian ini, masalah yang akan dibahas dibatasi sebagai

berikut:

1. Campuran antara sekam padi dan urea formaldehide serta hardener

diasumsikan merata (homogen).

2. Selama proses penekanan distribusi gaya-gaya tekan yang mengenai

permukaan bidang tekan diasumsikan merata.

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh prosentase

penambahan urea formaldehide terhadap densitas dan ketangguhan impak bahan

komposit sekam padi-urea formaldehide.

Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat

sebagai berikut :

1. Peningkatan ilmu pengetahuan mekanika bahan, khususnya material

komposit

2. Memberikan informasi mengenai densitas dan ketangguhan impak bahan

komposit sekam padi.

1.5. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah,

perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta

sistematika penulisan tugas akhir.

2. Bab II Dasar teori, berisi tinjauan pustaka serta kajian teoritis yang

memuat penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan

dengan permasalahan yang diteliti.


commit to user

4

3. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan bahan penelitian, peralatan

yang digunakan, pelaksanaan penelitian.

4. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan

data hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

5. Bab V Kesimpulan dan Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.

Kesimpulan memuat pernyataan singkat dan tepat yang dijabarkan dari

hasil penelitian serta merupakan jawaban dari tujuan penelitian dan

pembuktian kebenaran hipotesis. Saran memuat pengalaman dan

pertimbangan penulis yang ditunjukkan kepada para peneliti yang ingin

melanjutkan atau mengembangkan penelitian yang sejenis.


commit to user

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Bahan core limbah serbuk gergaji kayu sengon laut-urea formaldehide

memiliki kekuatan tarik tertinggi pada kandungan serbuk gergaji 60 %, kekuatan

bending tertinggi pada kandungan serbuk gergaji 40 %, kekuatan impak tertinggi

pada kandungan serbuk gergaji 60 %, kekuatan geser tertinggi pada kandungan

serbuk gergaji 70 %, dan kekuatan buckling tertinggi pada kandungan serbuk

gergaji 60 %. Berdasarkan analisis diatas, maka dapat disimpulkan bahwa core

limbah serbuk gergaji kayu sengon laut-urea formaldehide memiliki sifat mekanis

tertinggi pada kandungan serbuk gergaji sebesar 60-70 % (Diharjo, 2006).

Pada tahun 2009 Hartomo dalam laporan skripsinya dengan judul

pengaruh fraksi volume pada core serbuk arang tempurung kelapa terhadap

kekuatan bending dan impak komposit sandwich diketahui bahwa penambahan

fraksi volume pada core menyebabkan penurunan nilai kekuatan bending dan

menaikan kekuatan impak komposit sandwich.

Kinoshita (2009) dalam penelitiannya dengan judul “Development of

green composite consists of woodchips, bamboo fibers and biodegradable

adhesive” mengemukakan bahwa penambahan perekat dapat meningkatkan

ketangguhan impak secara signifikan.

Zong (2007) melakukan penelitian terhadap serat sisal yang diperkuat

oleh urea formaldehide dengan hasil bahwa ketangguhan impak tertinggi

diperoleh pada kandungan perekat 50% (9,42 kJ/m2). Dan disimpulkan bahwa

semakin banyak kandungan perekat maka akan meningkatkan sifat mekanik dari

komposit tersebut.

Penelitian yang dilakukan oleh Ling pada tahun 2008 menyebutkan

bahwa penerapan sekam padi dan serat gelas memberikan efek positif pada

komposit. Penambahan pengisi sekam padi dan serat gelas efektif meningkatkan

kekakuan komposit dan sifat mekanisnya.

Alghiffari (2008) dalam skripsinya yang berjudul “Pengaruh Kadar Resin

Perekat Urea Formaldehide terhadap Sifat-Sifat Papan Partikel dari Ampas Tebu”


commit to user

6

mengemukakan bahwa peningkatan kadar resin perekat UF cenderung

meningkatkan sifat fisis dan mekanis papan partikel ampas tebu.

Capela (2009) melakukan penelitian mengenai perilaku mekanis

komposit sandwich dengan variasi lapisan core foam. Hasilnya adalah

disimpulkan bahwa panel komposit dengan multilayer core foam memiliki

kekakuan yang lebih tinggi daripada panel komposit dengan homogen core foam.

Rafi (2010) dalam skripsinya yang berjudul “Pengaruh Kandungan

Perekat Terhadap Kekuatan Bending dan Ketangguhan Impak Bahan Komposit

Kertas Koran Bekas” diketahui bahwa kekuatan bending dan ketangguhan impak

meningkat seiring dengan penambahan lem kanji. Nilai kekuatan bending

tertinggi pada kandungan lem kanji 20% yaitu sebesar 6,26 MPa dan nilai

kekuatan terendah pada kandungan lem kanji 5% yaitu sebesar 3,7 MPa. Nilai

ketangguhan impak tertinggi pada kandungan lem kanji 20% yaitu sebesar 14,55

x 10-3

J/mm² dan nilai kekuatan terendah pada kandungan lem kanji 5% yaitu

sebesar 2,88 x 10-3

J/mm².

Hapsoro (2010) dalam skripsinya yang berjudul “Pengaruh Kandungan

Lem Kanji Terhadap Sifat Tarik dan Densitas Komposit Koran Bekas” diketahui

bahwa kekuatan tarik, regangan tarik, dan densitas komposit naik seiring dengan

semakin banyak penambahan lem kanji, namun nilai modulus tarik komposit

turun. Komposit tanpa kandungan lem kanji mempunyai nilai kekuatan tarik

sebesar 0,57 MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,001451, nilai modulus tarik

sebesar 422,27 MPa, dan nilai densitas sebesar 0,6082 gram/cm 3 . Komposit

dengan kandungan lem kanji 20% mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar 1,79

MPa, nilai regangan tarik sebesar 0,004627, nilai modulus tarik sebesar 412,10

MPa, dan nilai densitas sebesar 0,6633 gram/cm 3 . Semakin banyak kandungan

lem kanji maka ikatan antar materialnya juga semakin kuat/meningkat.

2.2. Tinjauan Teori Komposit

Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua

atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis

menjadi suatu bahan yang berguna (Jones,1975), karena bahan komposit

merupakan bahan gabungan secara makro, maka bahan komposit dapat

didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari


commit to user

7

campuran/kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro

berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material yang pada dasarnya tidak

dapat dipisahkan. (Schwartz, 1984).

Penggabungan material ini dimaksudkan untuk menemukan atau

mendapatkan material baru yang mempunyai sifat antara material penyusunnya.

Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan saling memperbaiki kelemahan

dan kekurangan bahan-bahan penyusunnya. Adapun beberapa sifat-sifat yang

dapat diperbaiki antara lain kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, ketahanan

lelah, ketahanan pemakaian, berat jenis, pengaruh terhadap temperatur (Jones,

1999).

Pada umumnya bahan komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber)

dan bahan pengikat serat-serat tersebut yang disebut matriks. Komposit juga dapat

dibentuk dari kombinasi dua atau lebih material, baik logam, organik ataupun

anorganik. Kombinasi material yang mungkin di dalam komposit tidak terbatas,

namun unsur pokok dari bentuknya terbatas. Unsur pokok dalam komposit adalah

serat, partikel, lamina atau lapisan, flake, filler, dan matrik. Matrik adalah unsur

pokok tubuh komposit yang menjadi bagian penutup dan pengikat struktur

komposit. Serat, partikel, lamina (lapisan), flake, filler dan matrik merupakan

unsur pokok struktur karena unsur tersebut menentukan struktur internal komposit

(Schwartz, 1984 : 1.3).

Penjelasan mengenai berbagai macam komposit panel yang mana dapat

diproduksi dengan mudah dari berbagai sumber lignoselulosic (serat selulosa)

sebagai berikut (Suchland dan Woodson,1986) :

1. Fiberboard

Merupakan material selulosa yang pertama direduksi menjadi serat

atau serat bundles yang diolah dengan pembuatan khusus hingga menjadi

panel fiberboard. Fiberboard sendiri diklasifikasikan menjadi tiga bagian,

yaitu, insulating board, medium density fiberboard, dan hardboard. Untuk

cakupan penggunaan dan pengembangan produk khusus klasifikasi

board/papan ini memerlukan definisi lebih lanjut dari produk yang

dijelaskan pada tabel 1.


commit to user

8

Tabel 1.1. Klasifikasi komposit panel (Suchland dan Woodson,1986)

a. Insulating board

Insulating board adalah istilah umum untuk suatu panel yang

terbuat dari serat homogen dari serat selulosa interfelted yang diperkuat

dibawah panas hingga densitasnya antara 160 - 500 kg/m3.

b. Medium Density Fiberboard

Medium density fiberboard (MDF) dibuat dari serat selulosa yang

dikombinasikan dengan resin syntetik. Teknologi dry proces yang

digunakan dalam pembuatan MDF adalah kombinasi yang digunakan

dalam industri particleboard dan hardboard.

c. Hardboard

Hardboard adalah istilah umum yang digunakan untuk panel yang

terbuat dari serat selulosa interfelted yang diperkuat dibawah panas dan

tekanan dengan kerapatan 500kg/m3 atau lebih.

2. Particleboard

Panel particleboard merupakan produk board yang secara khas dibuat

dari partikel lignoselulosic dan flake yang terikat bersama-sama dengan lem

sintetik dibawah panas dan tekanan. Ukuran tingkatan kerapatan/densitas

particleboard adalah sama dengan MDF.


commit to user

9

3. Mineral-Bonded Panel (panel ikatan mineral)

Didalam Mineral-bonded panel, serat lignosesulosic dicampur dengan

pengikat anorganik, seperti magnesium oxysulphate, gips magnetis, atau

Portland Semen. Panel ini memiliki kerapatan antara 290-1.250 kg/m3. Agro

fiber dapat dicampur dengan semen, dibentuk seperti keset dan dipress

hingga didapat kerapatan 460-640 kg/m3 dalam pembuatan panel.

2.3. Tinjauan Komponen Penyusun Komposit

Komposit merupakan bahan yang terdiri atas serat yang diselubungi oleh

matrik, biasanya berupa polimer, metal, atau keramik. Serat biasanya berupa

bahan dengan kekuatan dan modulus yang tinggi yang berperan sebagai

penyandang beban utama. Sedangkan matrik harus menjaga serat tetap dalam

lokasi dan orientasi yang dikehendaki. Matrik juga berfungsi sebagai media

transfer beban antar serat, pelindung serat dari kerusakan karena pengaruh

lingkungan (environment damage) sebelum, ketika dan setelah proses pembuatan

komposit, serta melindungi dari pengaruh abrasif antar serat (Manual

Spesification Standard (MSS), IPTN, 1993).

Gambar 2.1. Pembagian kelas material(Manual Spesification Standard

(MSS), IPTN, 1993).

Komponen penyusun komposit tidak saling melarutkan ataupun

bergabung satu sama lain dengan sempurna, akan tetapi bertindak bersama-sama.

Semua komponen serta interfasa (yang memegang peranan penting dalam

mengontrol sifat-sifat komposit) yang berada diantaranya, umumnya dapat

didefinisikan secara fisik. Sifat komposit secara keseluruhan tidak bisa dicapai

hanya dari tiap-tiap komponen yang bertindak sendiri-sendiri (Schwardz,1984).


commit to user

10

a. Resin (Matrik)

Polimer, logam, dan keramik digunakan sebagai material matrik

dalam komposit tergantung pada kebutuhan tertentu. Matrik didalam

komposit mengikat serat secara bersama-sama dalam suatu unit struktural

dan melindungi serat dari kerusakan eksternal, mentransfer dan

mendistribusikan beban ke serat, dan pada beberapa kasus memberikan sifat

yang diinginkan seperti keuletan, ketangguhan, atau isolasi listrik

(Gibson,1994).

Sebagai komponen utama pembentuk komposit, dalam melakukan

pemilihan terhadap matrik harus memperhatikan elongasi/batas mulur.

Matrik yang digunakan sebaiknya mempunyai elongasi yang lebih besar

daripada elongasi serat. Sebagai contoh, jika elongasi yang dimiliki oleh

serat 3%, maka matrik harus mempunyai elongasi lebih dari 3%. Ikatan

antarmuka yang kuat antara matrik dan serat sangat diperlukan, oleh karena

itu matrik harus mampu menghasilkan ikatan mekanis atau kimia dengan

serat. Matrik ini juga harus cocok secara kimia dengan serat, sehingga reaksi

yang tidak diinginkan tidak terjadi pada interface. Matrik dan serat

sebaiknya juga mempunyai sifat-sifat mekanis yang saling melengkapi

diantara keduanya (Gibson,1994).

Perekat urea formaldehide adalah perekat yang banyak digunakan di

hampir semua industri kayu. Perekat ini berbahan dasar urea dan

formaldehide. urea adalah bahan padat tidak berwarna yang berasal dari

reaksi amonia dengan karbon dioksida, sedangkan formaldehide adalah gas

dari metil alkohol (Rayner, 1951).

Perekat urea formaldehide adalah resin yang paling umum digunakan

untuk pembuatan papan partikel di Eropa dan Amerika Serikat. Biaya yang

relatif rendah dan siklus pematangan yang pendek adalah dua keuntungan

perekat ini (Hygreen dan Bowyer, 1989).

b. Material Pengisi (Filler)

Karakteristik mekanik maupun fisik material komposit sangat

dipengaruhi material penyusunnya. Perbandingan komposisi antara matriks

dan material pengisinya merupakan faktor yang sangat menentukan dalam


commit to user

11

memberikan karakteristik mekanik maupun fisik produk komposit yang

dihasilkan. Ukuran serta bentuk material pengisi juga mempunyai peranan

penting dalam menentukan kekuatan komposit (Gibson,1994).

Struktur sel serat tumbuhan hampir sama atau mirip dimana tersusun

dari tiga komponen utama, yaitu selulosa, hemiselulosa, lignin (Rowell,

2000). Oleh karena itu kandungan selulose cukup tinggi maka dapat

dimanfaatkan sebagai penyusun pembuatan panel.

2.4. Tinjauan Pengujian pada Komposit

Karakteristik komposit sangat dipengaruhi oleh:

a. Jenis material penyusun komposit

b. Bentuk dan susunan struktural dari material penyusun komposit

c. Hubungan antar material penyusun komposit

Dari faktor utama di atas, secara nyata terlihat bahwa sifat individu yang

dimiliki oleh material penyusun sangatlah penting. Sifat ini sebagian besar akan

menentukan sifat-sifat dari produk komposit. Meskipun, seperti yang sudah kita

ketahui, hubungan dari material penyusun akan menghasilkan sifat-sifat baru, dan

sifat-sifat gabungan dari komposit ini berasal dari sifat-sifat individu material

penyusun itu sendiri (Gibson,1994).

Karakteristik struktural dan geometri dari material penyusun juga

memberikan kontribusi yang penting pada sifat komposit. Bentuk dan ukuran,

susunan struktur dan distribusi, dan jumlah relatif dari material penyusun

merupakan faktor utama yang memberikan kontribusi pada kualitas komposit

secara keseluruhan (Gibson,1994).

2.4.1. Fraksi Berat Komposit

Jumlah kandungan serat atau material pengisi (filler) dalam komposit

yang biasa disebut fraksi volume atau fraksi berat merupakan hal yang menjadi

perhatian khusus pada komposit penguatan serat maupun komposit dengan

material pengisi. Salah satu elemen kunci dalam analisa mikromekanik komposit

adalah karakteristikisasi dari volume atau berat relatif dari material penyusun.

Persamaan mikromekanik meliputi fraksi volume dari material penyusun, tapi

pengukuran secara aktual sering berdasarkan pada fraksi berat (Gibson, 1994)


commit to user

12

Fraksi berat adalah perbandingan berat material penyusun dengan berat komposit.

Fraksi berat material penyusun dapat dihitung dengan persamaan 1 (Gibson,1994).

c

i

iW

Ww ...............................................................................(1)

dimana:

wi : fraksi berat, material penyusun.

Wi : berat, material penyusun, gr

Wc : berat komposit, gr

2.4.2. Pengujian Impak

Ketangguhan material komposit terhadap beban kejut dapat diketahui

dengan melakukan uji impak pada material komposit tersebut. Dengan uji impak

ini dapat diketahui tingkat kegetasan atau ketangguhan dari material.

Ketangguhan impak material komposit rata-rata masih dibawah ketangguhan

impak logam. Ketangguhan impak komposit sangat bergantung pada ikatan antar

penyusun material komposit tersebut. Semakin kuat ikatan tersebut maka akan

semakin tinggi pula ketangguhan impaknya. Pada penelitian ini digunakan metode

pengujian Impak Charpy dengan mengacu pada standar ASTM D 5942 untuk

pengujian flat-wise, unnotched. Skema pengujian impak dapat dilihat pada

gambar (3) :

Gambar 2.2. Alat uji impak Charpy (www.substech.com)

Besarnya energi yang diperlukan pendulum untuk mematahkan spesimen

material komposit adalah (Shackelford, 1992):

http://www.substech.com/


commit to user

13

Eserap = WR (Cos β – Cos α).........................................(2)

dimana :

E : energi serap/energi yang diperlukan pendulum untuk mematahkan

spesimen, Joule (J)

W : berat pendulum, Kg

R : jarak antara pusat gravitasi dan sumbu pendulum, m

α : sudut pendulum sebelum diayunkan

β : sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen

Setelah diketahui besarnya energi yang diperlukan pendulum untuk

mematahkan spesimen, maka besarnya ketangguhan/energi impak dapat dihitung

dengan persamaan 3 (Shackelford, 1992).

Ketangguhan ImpakA

E .........…………….......……(3)

dimana:

E : energi serap, Joule

A : luas penampang spesimen uji impak, cm2

2.4.3. Densitas Komposit

Sesuai dengan ASTM C 271 untuk core komposit, pengukuran densitas

dilakukan dengan mencari berat kering, yaitu menimbang spesimen pada kondisi

kering, kemudian dilakukan pengukuran panjang, lebar dan tebal spesimen.

Pengukuran densitas dilakukan untuk mengetahui kerapatan panel komposit.

Densitas dapat dirumuskan sebagai berikut :

v

wd

000.000.1 .......................................................................(4)

dimana : d = densitas komposit, kg/m3

w = masa komposit, g

v = volume, mm3


commit to user

14

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Bahan Penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:

a. Sekam padi

Gambar 3.1. Sekam Padi

b. Pengikat yang digunakan adalah urea-formaldehide

Gambar 3.2. Urea-Formaldehide

c. Hardener (NH4Cl)

Gambar 3.3. Hardener (NH4Cl)


commit to user

15

3.2. Peralatan Penelitian

a. Dongkrak hidrolik.

Dongkrak hidrolik digunakan untuk mengepres komposit pada cetakan.

Spesifikasi dongkrak hidrolik:

Kapasitas : 10 ton

Pressure Gauge : 100 kg/cm²

Gambar 3.4. Dongkrak Hidrolik

b. Timbangan Digital

Timbangan digital digunakan untuk mengukur berat material

penyusun komposit. Spesifikasi timbangan digital :

Gambar 3.5. Timbangan Digital

c. Cetakan

Dimensi cetakan adalah 500 x 100 mm.

Gambar 3.6. Cetakan dan rangka


commit to user

16

d. Jangka Sorong

Jangka sorong digunakan untuk mengukur spesimen sebelum

dilakukan pengujian. Pengukuran spesimen bertujuan agar didapatkan ukuran

spesimen yang seragam untuk setiap pangujiannya.

Gambar 3.7. Jangka sorong

e. Chamber plastik

Chamber plastik digunakan untuk mencampur sekam padi dan urea-

formaldehyde yang akan dicetak untuk mambuat spesimen uji. Pencampuran

(mixing) sekam padi dan urea- formaldehide dalam chamber plastik

menggunakan spray gun. Hal ini betujuan agar dihasilkan campuran yang

merata antara sekam padi dengan urea- formaldehide.

Gambar 3.8. Chamber plastik


commit to user

17

f. Oven Elektrik

Alat ini digunakan untuk post cure sekam padi.

Gambar 3.9. Oven Elektrik

g. Alat Uji Impak Charpy

Alat ini digunakan untuk menguji kekuatan impak berdasarkan ASTM D

5942. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta.

Gambar 3.10. Alat uji impak Charpy


commit to user

18

3.3.Pelaksanaan Penelitian

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan

Alat-alat dan bahan yang akan digunakan dalam pembuatan komposit

disiapkan seperti sekam padi, urea fomaldehide, hardener (NH4Cl) dan peralatan

yang menunjang lainnya dalam pembuatan spesimen.

3.3.2. Pembuatan Bahan Komposit

Tahapan dari pembuatan bahan komposit ini adalah sebagai berikut:

1. Membersihkan sekam padi dari kotoran seperti jerami kering kemudian

sekam padi dikeringkan di bawah sinar matahari.

2. Melakukan trial error dengan mengepres sekam padi saja sehingga

didapatkan ketebalan hasil pengepresan 10 mm. Kemudian menimbang

sekam padi tersebut yang nantinya digunakan sebagai acuan berat dari sekam

padi.

3. Menimbang urea formaldehide dan hardener dengan variasi 33%; 37,5% dan

42% dari berat total bahan komposit sekam padi-urea formaldehide.

4. Mencampur sekam padi dengan urea formaldehide yang sudah dicampur

hardener dengan metode spray up.

5. Memasukkan campuran kedalam cetakan kemudian dipres dengan dongkrak

hidrolik hingga ketebalan 10 mm selama ± 24 jam.

6. Melakukan post cure pada hasil pengepresan selama 10 menit dengan suhu

60o.

7. Memotong spesimen hasil pengepresan sesuai dengan ukuran pengujian.

8. Melakukan uji densitas dan uji impak.


commit to user

19

60 mm

10 mm

10 mm

3.3.3. Tahap pengujian

Pengujian spesimen yang dilakukan adalah uji densitas, uji impak, dan uji

geser. Dimensi spesimen mengacu pada ASTM C 271 untuk uji densitas, ASTM

D 5942 untuk uji impak.

1. Bentuk dan dimensi spesimen ditunjukkan oleh gambar berikut ini:

a. Spesimen Uji Densitas

Gambar 3.11. Dimensi spesimen uji densitas

b. Spesimen Uji Impak

Gambar 3.12. Dimensi spesimen uji impak

2. Skema pengujian spesimen ditunjukkan gambar berikut:

Gambar 3.13. Skema pengujian impak Charpy (www.substech.com)

50 mm

10mm

50 mm

http://www.substech.com/


commit to user

20

3.3.4. Diagram Alir

Secara umum proses penelitian ini dapat dilihat dalam diagram alir

sebagai berikut:

Gambar 3.14. Diagram Alir Penelitian

Penimbangan sekam padi dan urea-

formaldehide

Pengepresan dengan dongkrak hidrolik

dengan ketebalan 10 mm selama ± 24 jam

Post cure spesimen di oven selama

10 menit dengan suhu 60o

Uji Impak Uji Densitas

Pengeringan sekam padi dengan sinar

matahari hingga kadar air 11%

Manufacture Core

Sekam padi dengan variasi urea formaldehide

33%; 37,5 % dan 42 %

MULAI

Pengolahan Data

Hasil Pengujian

Kesimpulan

SELESAI


commit to user

21

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

4.1. Densitas Komposit

Gambar 4.1. Gambar spesimen uji densitas

Pengujian densitas komposit ini mengacu pada ASTM C 271. Densitas untuk

masing-masing variasi prosentase penambahan urea formaldehide dapat dilihat pada

tabel 4.1. dan ditunjukkan dalam gambar 4.2.

Tabel 4.1. Densitas bahan komposit sekam padi-urea formaldehide.

Kandungan UF (%) Densitas rata-rata (kg/m3) Tekanan Hidrolis (kg/cm

2)

33,0 431,01 45

37,5 477.27 45

42,0 508,30 45

Gambar 4.2. Densitas bahan komposit sekam padi-urea formaldehide.


commit to user

22

Nilai densitas pada bahan komposit sekam padi-urea formaldehide terendah

terjadi pada kandungan urea formaldehide 33 % (431,01 kg/m3) sedangkan nilai

densitas tertinggi terjadi pada kandungan urea formaldehide 42 % (508,30 kg/m3).

Data di atas menunjukkan nilai densitas bahan komposit yang meningkat seiring

dengan bertambahnya kandungan urea formaldehide. Bila jumlah sekam padi yang

tetap dan urea formaldehide yang semakin banyak maka urea formaldehide akan

menyelimuti semua sisi dari sekam padi secara lebih merata. Sehingga penambahan

urea formaldehide akan meningkatkan densitas dari bahan komposit.

4.2. Pengujian Impak Bahan Komposit Sekam Padi-Urea Formaldehide dengan

Variasi Prosentase Penambahan Urea Formaldehide

Gambar 4.3. Gambar spesimen uji impak

Ketanguhan impak komposit dapat diketahui setelah dilakukan pengujian

impak. Pengujian impak dilakukan dengan menggunakan alat uji impak charpy

dengan spesimen flat-wise, unnotched.

Besarnya energi serap dan ketangguhan impak untuk masing-masing variasi

prosentase penambahan urea formaldehide dapat dilihat pada tabel 4.2. dan tabel 4.3.

serta ditunjukkan dalam gambar 4.4. dan 4.5.

Tabel 4.2. Hasil energi serap pengujian impak bahan komposit.

Kandungan UF (%) Energi Serap (J)

Min Max Rata-rata

33,0 1,05 1,32 1,2

37,5 1,32 1,60 1,5

42,0 1,88 2,16 2,0


commit to user

23

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Energi Serap – Kandungan UF.

Tabel 4.3. Hasil ketangguhan impak bahan komposit.

Kandungan UF (%) Ketangguhan impak (kJ/m²)

Min Max Rata-rata

33,0 9.58 12.15 11

37,5 12.15 15.37 14

42,0 17.05 19.60 19

Gambar 4.5. Grafik Hubungan Ketangguhan Impak – Kandungan UF.

Dari gambar 4.4. terlihat adanya perbedaan nilai rata-rata energi serap bahan

komposit. Pada bahan komposit dengan kandungan urea formaldehide 33 %; 37,5 %


commit to user

24

dan 42 % secara berurutan mempunyai nilai rata-rata energi serap 1,21 J; 1,49 J dan

2,04 J. Dari gambar 4.5. terlihat adanya perbedaan nilai rata-rata ketangguhan impak

bahan komposit. Pada bahan komposit dengan kandungan urea formaldehide 33 %;

37,5 % dan 42 % secara berurutan mempunyai nilai rata-rata ketangguhan impak

bahan komposit 11,1 kJ/m2; 13,8 kJ/m

2 dan 18,5 kJ/m

2. Perbedaan nilai ketangguhan

impak disebabkan karena perbedaan jumlah urea formaldehide yang terdapat dalam

bahan komposit tersebut. Dari gambar 4.5. terlihat bahwa bahan komposit dengan

kandungan urea formaldehide 42 % memiliki nilai rata-rata ketangguhan impak

paling tinggi (18,5 kJ/m2) dan yang paling rendah adalah pada kandungan urea

formaldehide 33 % (11,1 kJ/m2).

Pada bahan komposit dengan kandungan urea formaldehide 42 % mempunyai

nilai rata-rata ketangguhan impak tertinggi dikarenakan jumlah perekat yang relatif

banyak sehingga urea formaldehide dapat menyelimuti semua sisi dari sekam padi

secara merata. Selain itu urea formaldehide dapat mengisi celah antar sekam padi.

Hal ini menyebabkan ikatan yang terjadi menjadi lebih kuat.

4.2.1. Bentuk Patahan Uji Impak

Pengamatan permukaan patah uji impak bahan komposit sekam padi-urea

formaldehide dilakukan melalui pengamatan dengan foto makro. Hal ini dengan

tujuan untuk mengamati letak, bentuk maupun kondisi permukaan patah uji impak.

Pada gambar di bawah ini menunjukkan patahan pengujian impak bahan komposit

sekam padi-urea formaldehide.

Gambar 4.6. Bentuk perpatahan variasi UF 33%


commit to user

25

Gambar 4.7. Bentuk perpatahan variasi UF 37,5%

Gambar 4.8. Bentuk perpatahan variasi UF 42%.

Gambar 4.6 hingga gambar 4.8 terlihat bentuk perpatahan bahan komposit

sekam padi-urea formaldehide. Secara visual terlihat bahwa semakin banyak

kandungan urea formaldehide maka urea formaldehide lebih banyak mengisi

rongga-rongga pada bahan komposit. Untuk permukaan patahnya rata-rata berada di

tengah-tengah spesimen. Komposit mengalami kerusakan pada titik impak saja.

Kerusakan bahan komposit akibat benturan terpusat pada satu titik tidak menyebar.

Hal ini disebabkan karena pendistribusian tegangannya merata atau bisa diterima

material secara baik. Pada spesimen dengan kandungan urea formaldehide 33 %

memiliki ketangguhan impak yang lemah. Hal ini disebabkan karena jumlah perekat

yang relatif rendah sehingga menyebabkan ikatan yang terjadi menjadi lemah.

Sedangkan pada spesimen dengan kandungan urea formaldehide 42 % memiliki

ketangguhan impak yang paling tinggi. Hal ini disebabkan karena jumlah perekat

yang relatif banyak sehingga sehingga urea formaldehide dapat menyelimuti semua

sisi dari sekam padi secara merata. Selain itu urea formaldehide dapat mengisi celah

antar sekam padi. Hal ini menyebabkan ikatan yang terjadi menjadi lebih kuat.

Tampak urea

formaldehide lebih

banyak


commit to user

26

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang diperoleh dari analisa data, maka dapat

disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

a. Peningkatan prosentase urea formaldehide akan menaikkan densitas

komposit sekam padi-urea formaldehide sebesar 15,20%. Yaitu dari

431,01 kg/m3

menjadi 508,30 kg/m3.

b. Ketangguhan impak bahan komposit meningkat seiring dengan

peningkatan prosentase urea formaldehide. Bahan komposit dengan

prosentase penambahan urea formaldehide 42% memiliki nilai

ketangguhan impak paling bagus (18,5 kJ/m2).

5.2. Saran

Untuk lebih mengembangkan pemanfaatan potensi sekam padi sebagai bahan

komposit, maka penulis memberikan saran yaitu melakukan penelitian lebih lanjut

tentang pengaruh perekat yang lain terhadap bahan komposit sehingga diharapkan

bisa diperoleh bahan komposit yang terbuat dari sekam padi yang lebih baik.

Documents

PENGARUH PROSENTASE PENAMBAHAN UREA …/Pengaruh... · Limbah sekam padi Gambar 2.1 ... thermosetting, yaitu akan mengalami perubahan fisik maupun kimia serta ... perekat pembuatan