perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH WAKTU PERENDAMAN TERHADAP
KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT
HDPE – SAMPAH ORGANIK
Dosen Pembimbing I : Ir. Wijang Wisnu R., MT
Dosen Pembimbing II : Heru Sukanto, ST.,MT
Disusun Oleh :
PRADIPTA FAJAR YUNIARTO
I 1407029
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH WAKTU PERENDAMAN TERHADAP
KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT
HDPE – SAMPAH ORGANIK
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
PRADIPTA FAJAR YUNIARTO
I 1407029
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH WAKTU PERENDAMAN TERHADAP
KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT
HDPE – SAMPAH ORGANIK
Disusun oleh
PRADIPTA FAJAR YUNIARTO
NIM. I 1407029
Dosen Pembimbing I
Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT.
NIP. 19681004 1999031002
Dosen Pembimbing II
Heru Sukanto, ST. MT.
NIP. 197207311997021001
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Kamis tanggal
1. Wibowo, ST., MT.
NIP. 196904251998021001 :………………………
2. Purwadi Joko Widodo, ST., M.Kom
NIP. 19730126 1997021001 :……………………....
3. Teguh Triyono, ST.
NIP. 197104301998021001 :………………………
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Didik Djoko Susilo, ST., MT.
NIP. 19720313 199702 1 001
Koordinator Tugas Akhir
Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT.
NIP. 19720229 200012 1 001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
PENGARUH WAKTU PERENDAMAN TERHADAP
KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT
HDPE – SAMPAH ORGANIK
Pradipta Fajar Yuniarto
Program Sarjana Teknik, Jurusan Teknik Mesin, FT
Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah untuk untuk mengetahui pengaruh waktu
perendaman dalam air destilasi terhadap karakteristik komposit HDPE–sampah
organik berupa kekuatan bending, kekuatan geser tekan dan kekuatan impact.
Bahan-bahan yang digunakan adalah HDPE dan sampah organik (daun dan
ranting). Pembuatan spesimen menggunakan metode pressured sintering dengan
P: 8,7 kPa, T: 120ºC, waktu sintering 10 menit, fraksi volume HDPE 0.3.
Komposit HDPE-sampah organik akan direndam pada air destilasi yang mengacu
pada pengujian water absorption (ASTM D5229) dengan variasi waktu 0 hari
(tanpa perendaman), perendaman 1 hari, 7 hari, 14 hari, dan 21 hari pada air
destilasi. Komposit hasil perendaman akan diuji kekuatan mekaniknya berupa
kekuatan bending (ASTM D1037), geser tekan (ASTM D1037), dan impact
(ASTM D5941). Pada penelitian ini juga dilakukan pengamatan permukaan patah
hasil uji bending dengan foto SEM (scanning electron micrograph).
Hasil penelitian menunjukkan nilai kekuatan mekanik akan semakin turun
dengan bertambahnya waktu perendaman pada air destilasi. Penurunan kekuatan
mekanik disebabkan oleh air destilasi yang diserap oleh komposit HDPE-sampah
organik akan merusak ikatan antarmuka HDPE-sampah organik. Kekuatan
bending turun 38,60 %, geser tekan turun 36,26 %, dan impact turun 37,76 %.
Kata kunci : Komposit, HDPE, sampah organik, sintering, water absorption.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
THE EFFECT OF IMMERSED TIME ON
THE MECHANICAL CHARACTERISTICS OF
HDPE-ORGANIC WASTE COMPOSITE
Pradipta Fajar Yuniarto
Mechanical Engineering
Sebelas Maret University, Surakarta
Abstract
The objective of this research is to investigate the effect of immersed time
on mechanical characteristic HDPE – organic waste composite which include
bending strength, impact strength and compression shear strength.
The composite was made from recycled HDPE and organic waste. The
composite was made by using the pressured sintering method. The pressured
sintering process was conducted at 10 minutes sintering time, temperature of
1200C with pressure of 8,7 kPa, and volume fraction of HDPE of 0.3. Specimen
was immersed in destilation water with variation 0 (no immersed), 1 day, 7 days,
14 days, and 21 immersed days. The water absorption refers to ASTM D 5229,
the bending strength and the compression shear strength refers to ASTM D 1037
whereas the testing of the impact stenght refers to ASTM D 5941. The
observation on the bending fracture of the composite was conducted by using
SEM (Scanning Electron Micrograph).
The results of this research are as follows: (1) the increasing immersed in
destilation water from 0 up to 21 days will decrease the mechanical strength of the
composite; (2) the bending strength decrease by 38,60 %; (3) the compression
shear strength decrease by 36,36 % and (4) the impact strength decrease by
37,76%.
Keywords : Composite, HDPE, organic waste, sintering, water absorption.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan
inayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan penulisan
skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar
Sarjana Teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Penulis menyampaikan terima kasih yang sangat mendalam kepada
semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini,
khususnya kepada :
1. Ibuku Suprihati Rahayuningsih, Bapakku Dwi Marwoto, kakakku Niken
Prima Astuti, adik-adikku tercinta Arinda Tri Astuti, dan Alfinda Indri
Astuti atas do’a, kasih sayang, dan semangat yang diberikan sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT. selaku dosen pembimbing I yang
dengan ikhlas dan sabar memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan
penulisan skripsi ini.
3. Bapak Heru Sukanto, ST., MT. selaku dosen pembimbing II yang telah
memberikan banyak masukan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.
4. Bapak Wibowo, ST., MT., Bapak Teguh Triyono, ST. dan Bapak Purwadi
Joko Widodo, ST., M.kom selaku dosen penguji.
5. Zainal Arifin, ST., MT. selaku pembimbing akademik.
6. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan.
7. Muhamad Fandy Assydiqi ST “siboss”, Didik Riyanto ST “bolot”, Agung
Ibnuwibowo ST “penthet”, Heri Saputro ST “celenk”, Tri Prasetyo “bocor”,
Triyono Karso “ambon”, Wisnu Adhi Permana Jati “inu”, dan saudara –
saudaraku seperjuangan yang telah melakukan penelitian bersama-sama.
8. Septi Nurlitasari Warhas, S.ked, yang telah memberi motifasi, dukungan dan
semangat baru untuk terus tetap berjuang dalam situasi apapun. Selalu sabar
dan tak henti-hentinya memberi teguran dan masukan. Membukakan mataku
akan hal yang awalnya sulit menjadi mudah dengan usaha dan do’a. Terima
kasih banyak “beudq”.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
9. Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non Reguler UNS angkatan
2007 (Supardi “kriting”, Khamdan “kandom”, Sugma, Dani, Eko “karim”,
Eko “Pak Eko”, Bayu “Si B”, Apriyan “Basir”, Agus “kenthus”, Diky
“Cenggur”, Andry “Bandriyo”, Triharyono “squid”, Iva “dipa”,, dan semua
tanpa terkecuali yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi.
10. Kakak tingkat Fakultas Teknik Mesin UNS angkatan 2005, dan 2006 yang
telah memberikan semangat.
11. Teman-teman kos Widuri 3 (Sukma, Heri, Agung, Khamdan, Eko Karim,
Pak Eko, Dani, Apriyan Basir, Agus, Halim, Boyo, Kucing), yang telah
mendukung dan terus memberikan motifasi penulis harus dapat
menyelesaikan skripsi.
12. Bu Elisa, Mas Har, Pak Endras, & Semua Karyawan Fakultas Teknik.
13. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas bantuan dan
dorongan semangat serta do’anya, terima kasih.
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi
kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan
terima kasih.
Surakarta, Juli 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ........................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ........................................................................................ vii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................ x
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xi
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xii
BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ........................................................................... 2
1.3. Batasan Masalah ................................................................................ 2
1.4. Tujuan Penelitian .............................................................................. 3
1.5. Sistematika Penulisan ....................................................................... 3
BAB II. DASAR TEORI ...................................................................................... 4
2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................... 4
2.2. Teori Tentang Komposit .................................................................... 6
2.2.1. Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit ........................ 6
2.2.2. Matrik ....................................................................................... 7
2.2.3. Filler ......................................................................................... 8
2.2.4. Karakteristik Komposit............................................................. 10
2.3. Sintering ............................................................................................ 13
2.4. Pencampuran Serbuk.......................................................................... 14
2.5. Potensi Sampah.................................................................................. 16
BAB III. METODE PENELITIAN ...................................................................... 17
3.1. Tempat Penelitian .............................................................................. 17
3.2. Bahan Penelitian................................................................................. 17
3.3. Alat Penelitian.................................................................................... 18
3.4. Alat Uji .............................................................................................. 20
3.5. Langkah Kerja Penelitian .................................................................. 20
3.6. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 24
3.7. Jadual Penelitian ............................................................................... 25
BAB IV. HASIL DAN ANALISA ...................................................................... 26
4.1. Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah Organik................. 26
4.2. Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Nilai Water Absorption...... 27
4.3. Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Bending.............. 28
4.4. Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Geser Tekan....... 30
4.5. Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Impact................ 31
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 32
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 32
5.2. Saran .................................................................................................. 32
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Densitas Komposit HDPE-Sampah Organik ……….…………....... 26
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Pembagian Komposit ………………………………………. .. ...... 6
Gambar 2.2 Simbol recycle HDPE ............................................................... ...... 8
Gambar 2.3 Three point bending .................................................................. ...... 11
Gambar 2.4 Sudut impak .............................................................................. ...... 11
Gambar 2.5 Pengujian geser tekan ................................................................ ...... 12
Gambar 2.6 Skema penyusutan pori selama proses sintering ....................... ..... 13
Gambar 2.7 Mekanisme pencampuran serbuk .............................................. ...... 15
Gambar 3.1 Bahan penelitian ........................................................................ ..... 17
Gambar 3.2 Alat Penelitian ........................................................................... ..... 19
Gambar 3.3 Alat Pengujian ........................................................................... ..... 19
Gambar 3.4 Dimensi spesimen bending........................................................ ..... 22
Gambar 3.5 Dimensi spesimen impact.......................................................... ..... 22
Gambar 3.6 Dimensi spesimen geser tekan......................................................... 23
Gambar 3.7 Bagan tata cara penelitian ......................................................... ......24
Gambar 4.1 Pengaruh waktu perendaman terhadap nilai water absorption
Komposit HDPE-sampah organik ............................................. ..... 27
Gambar 4.2 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan bending komposit
HDPE-sampah organik.............................................................. ..... 28
Gambar 4.3 Pengamatan SEM (a) 0 hari (tanpa perendaman);
(b) 1 hari perendaman; (c) 21 hari perendaman................................29
Gambar 4.4 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan geser tekan
komposit HDPE-sampah organik. ............................................. ..... 30
Gambar 4.5 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan impact
komposit HDPE-sampah organik………………………..……....….....31
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Tabel 1. Pengukuran Densitas Spesimen Bending Komposit HDPE-Sampah
Organik.
Tabel 2. Pengukuran Densitas Spesimen Geser Tekan Komposit HDPE-Sampah
Organik.
Tabel 3. Pengukuran Densitas Spesimen Impact Komposit HDPE-Sampah
Organik.
Tabel 4. Pengujian Water Absorption Spesimen Bending Komposit HDPE-
Sampah Organik.
Tabel 5. Pengujian Water Absorption Spesimen Geser Tekan Komposit HDPE-
Sampah Organik.
Tabel 6. Pengujian Water Absorption Spesimen Impact Komposit HDPE-Sampah
Organik.
Tabel 7. Pengujian Bending Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Waktu
Perendaman.
Tabel 8. Pengujian Geser Tekan Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Waktu
Perendaman.
Tabel 9. Pengujian Impact Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Waktu
Perendaman.
Tabel 10. Densitas Aktual Setelah 0 Hari Perendaman.
Tabel 11. Densitas Aktual Setelah 1 Hari Perendaman.
Tabel 12. Densitas Aktual Setelah 7 Hari Perendaman.
Tabel 13. Densitas Aktual Setelah14 Hari Perendaman.
Tabel 14. Densitas Aktual Setelah 21 Hari Perendaman.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
MOTTO
“BERFIKIR UNTUK MEMECAHKAN MASALAH ITU PENTING
TETAPI SETIAP MASALAH TIDAK HANYA UNTUK DIFIKIRKAN
DO SOMETHING...!!! “
(PENULIS)
“ANDA AKAN SIAP UNTUK HAL HAL YANG TELAH KITA SIAPKAN
JADI MULAILAH MENYIAPKAN HAL HAL SESUAI DENGAN
KEINGINAN JIKA ANDA INGIN MENCAPAI KESUKSESAN.”
(PENULIS)
“KEBERHASILAN ATAU KESUKSESAN ITU BISA DICAPAI DENGAN
MENAIKI TANGGA YANG DIBANGUN DARI PENYELESAIAN
PENYELESAIAN RENCANA YANG KITA LAKUKAN”
(PENULIS)
“TIDAK ADA HARGA ATAS WAKTU,
TAPI WAKTU SANGAT BERHARGA.
MEMILIKI WAKTU TIDAK MENJADIKAN KITA KAYA,
TETAPI MENGGUNAKANNYA DENGAN BAIK ADALAH SUMBER
DARI SEMUA KEKAYAAN’
(MARIO TEGUH)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tuntutan membuat segala sesuatu menjadi ringan dan kuat adalah hal yang
wajar di era teknologi seperti saat ini. Hal ini mendorong produsen komponen
mencari material baru yang lebih ringan dari logam, tapi memiliki kekuatan lebih
baik. Material komposit dipandang sebagai alternatif pengganti material logam
karena bobotnya sangat ringan tapi super kuat. Penggunaan bahan komposit pun
sangat luas, yaitu untuk komponen satelit, industri pertahanan, jembatan,
terowongan, kaki palsu, peralatan olah raga, struktur kapal, industri migas dan
pada penerbangan modern, material komposit kini telah umum digunakan pada
bagian sayap dan ekor, propeller, bilah rotor, dan juga struktur internal pesawat
terbang (suara merdeka, 2011).
Salah satu jenis komposit yang digunakan adalah komposit organik-
anorganik. Selain lebih ringan, komposit organik-anorganik juga ramah
lingkungan, karena bisa memanfaatkan sampah organik dan sampah anorganik.
Kepala Dinas Kebersihan dan Pertamanan (DKP) Solo, Satriyo menjelaskan
volume sampah TPA Putri Cempo di Mojosongo, diperkirakan pada lebaran 2012
mengalami peningkatan volume sampah mencapai 75 ton per hari. Artinya volume
sampah meningkat sekitar 20-30% tiap tahun (Solopos, 2011). Berdasarkan data
tersebut, maka dibutuhkan solusi untuk mengurangi jumlah sampah. Salah satu
solusinya adalah dengan menyusun menjadi bahan komposit organik-anorganik.
Pembuatan komposit ini akan bermanfaat dalam mengurangi volume sampah
organik dan anorganik, serta bermanfaat meningkatkan nilai guna dari sampah
organik dan anorganik. Komposit organik-anorganik menggunakan sampah
organik (daun, ranting) sebagai pengisi dan sampah anorganik (HDPE) sebagai
pengikat.
Pembuatan material komposit dapat menggunakan beberapa metode, salah
satunya adalah dengan metode pressured sintering. Pressured sintering adalah
suatu metode yang mengaplikasikan proses kompaksi dan sintering. Material yang
dihasilkan dengan menggunakan metode pressured sintering diharapkan memiliki
sifat mekanik dan fisik yang lebih baik. Faktor-faktor yang mempengaruhi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
kekuatan komposit antara lain adalah : ukuran partikel serbuk, besarnya tekanan,
temperatur sintering dan lamanya waktu penahanan sintering. Kekuatan impact
komposit yang dibuat menggunakan metode pressured sintering lebih tinggi
dibanding dengan metode sintering konvensional. Kekuatan impact yang
dihasilkan dengan menggunakan metode pressured sintering pada suhu 120ºC
selama 5 menit sebesar 25002,13 2/ mJ , sedangkan penelitian dengan metode
sintering konvensional pada suhu 150ºC dihasilkan kekuatan impact sebesar
24346,87 2/ mJ (Sukanto, 2008)
Semua komposit polimer-serat organik dapat menyerap air di atmosfir dan
saat terendam dalam air. Efek dari penyerapan air dapat menurunkan ikatan
antarmuka serat-matrik yang mengurangi efisiensi pemindahan beban antar serat.
Salah satunya adalah pada material komposit yang menggunakan serat alam
sebagai penguat akan berpotensi menyerap air (Dhakal et al, 2007). Mengingat
salah satu komponen penyusun komposit ini adalah material organik yang
berpotensi menyerap air, maka sangatlah penting untuk mengetahui pengaruh
perendaman dalam air destilasi terhadap karakteristik mekanik dari komposit
HDPE–sampah organik.
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimana pengaruh waktu perendaman dalam air destilasi terhadap
karakteristik mekanik komposit HDPE–sampah organik.
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut:
1. Selama proses pencampuran distribusi serbuk HDPE, serbuk ranting pohon
dan serbuk daun yang digunakan dalam pembuatan komposit ini dianggap
merata.
2. Selama proses pressured sintering distribusi panas diasumsikan merata.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu perendaman
dalam air destilasi terhadap karakteristik komposit HDPE–sampah organik berupa
kekuatan bending, kekuatan geser tekan dan kekuatan impact.
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 penelitian, dan 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.
3. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan,
tempat dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan
pengambilan data.
4. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan
data hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.
5. Bab V 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Termoplastik adalah salah satu jenis plastik yang sifatnya dapat mengalami
pelunakan atau pelelehan kembali jika diberi penambahan suhu. Salah satu
termoplastik yang popular adalah HDPE. Penggunaan HDPE sangat luas antara
lain sebagai kemasan makanan, minuman dan bahan kimia. Konsekuensi
penggunaan HDPE yang begitu luas, adalah peningkatan limbah plastik HDPE
pun tak terelakkan dan jumlah ini akan terus terakumulasi karena sifat plastik
yang tidak membusuk, tidak terurai secara alami, tidak menyerap air, dan tidak
berkarat. Selain sampah plastik, jenis limbah lain yang sering menimbulkan
masalah adalah sampah organik. Peningkatan jumlah penduduk menyebabkan
terjadinya peningkatan aktivitas manusia. Hal ini berarti pula peningkatan jumlah
sampah yang dihasilkan. Sehingga dibutuhkan solusi untuk mengurangi jumlah
sampah yang semakin meningkat. Salah satu solusinya adalah dengan menyusun
menjadi bahan komposit organik-anorganik. Pembuatan komposit ini akan
bermanfaat dalam mengurangi volume sampah organik dan anorganik, plastik
HDPE digunakan sebagai matrik dan bahan organik dapat digunakan sebagai filler
(material pengisi). Sifat komposit yang dihasilkan tergantung pada material
penyusunnya, sehinga perlu diperhatikan berbagai faktor untuk mendapatkan
material akhir dengan sifat-sifat yang diinginkan.
Karakteristik komposit dipengaruhi oleh berbagai faktor, yaitu fraksi
volume, suhu sintering, tekanan sintering, waktu sintering. Penelitian komposit
HDPE-sampah organik dengan variasi fraksi volume HDPE. Peningkatan fraksi
volume HDPE akan meningkatkan kekuatan mekanik komposit (Asshiddiqi,
2011). Fraksi volume terbaik yang digunakan untuk membuat komposit dengan
HDPE adalah 20% - 40% (Oza, 2010). Penelitian komposit HDPE-sampah
organik dengan variasi suhu sintering. Peningkatan suhu sintering akan
meningkatkan kekuatan bending dan menurunkan nilai serapan air turun
(Riyanto, 2011). Penelitian komposit tepung kanji-serbuk kulit kacang dengan
variasi tekanan pengepresan. Kekuatan mekanik komposit meningkat sebanding
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
dengan tekanan pengepresan (Saputro, 2012). Ibnuwibowo (2012) mengatakan
penambahan waktu sintering dari 10 hingga 25 menit akan meningkatkan
kekuatan mekanik komposit HDPE-sampah organik.
Proses pembuatan komposit dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah
satunya adalah dengan proses pressured sintering. Pressured sintering adalah
suatu metode yang mengaplikasikan proses kompaksi dan sintering. Proses
pressured sintering pada suhu sintering 120ºC akan meningkatkan jumlah ikatan
antar serbuk plastik, karena pada suhu ini serbuk plastik mulai melunak dan
mengalami reposisi menempati ruang antar serbuk karet (Sukanto, 2008).
Pembuatan komposit HDPE–karet ban bekas dengan metode pressured sintering.
Semakin kecil ukuran serbuk akan menungkatkan kekuatan komposit (Yonanta,
2008 ).
Semua material komposit yang menggunakan serat alam sebagai
penyusunnya akan berpotensi menyerap air, salah satunya adalah komposit
polimer-serat organik. Peyerapan air (water absorption) dapat mempengaruhi
karakteristik dari komposit. Penelitian komposit tepung sagu-LDPE menunjukan
penyerapan air selama 30 hari akan menurunkan tensile strength sebesar 55 %
dan membuat kepadatan dari butiran tepung menjadi berkurang (Danjaji, 2001).
Pengujian water absorption menunjukan penurunan sifat mekanik komposit
serat rami-unsaturated polyester karena penurunan ikatan antarmuka fiber-matrix
(Dhakal et al, 2007). Penelitian yang mengkaji komposit serat kenaf (10%, 20%,
dan 30%) dan polyester untuk mempelajari pengaruh penyerapan air terhadap sifat
mekanik dengan pengujian perendaman dalam air, didapatkan hasil penyerapan
air meningkat seiring peningkatan persentase serat (Rashdi, 2010). Balaji (2011)
mengatakan, Peningkatan kadar asam sulfat 15 % sampai 35% terhadap pengujian
water absorption komposit serat rami matrik epoxi menurunkan kekuatan
mekaniknya. Pengujian water absorption variasi waktu perendaman 1 hari, 1
minggu, 2 minggu dan 3 minggu terhadap komposit serat kenaf menunjukan
tingkat kelembaban akan terus meningkat dengan bertambahnya waktu
perendaman dan menurunkan compression strength sebesar 57 % (Nosbi, 2010).
Dari hasil pengujian tersebut maka lama waktu perendaman akan berpengaruh
besar karena meningkatkan kelembaban yang akan menurunkan ikatan antarmuka
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
serat-matrik yang mengurangi efisiensi pemindahan beban antar serat, sehingga
penting untuk melakukan penelitian tentang pengaruh perendaman dalam air
destilasi terhadap degradasi karakteristik mekanik dari komposit HDPE–sampah
organik.
2.2 Teori Tentang Komposit
2.2.1 Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit
Schwartz (1992) mendefinisikan komposit sebagai sistem material yang
terdiri dari gabungan dua atau lebih unsur pokok yang berbeda bentuk atau
komposisi yang tidak dapat dipisahkan satu sama lain, seperti yang diperlihatkan
pada Gambar 2.1, komposit dapat dibagi lima berdasarkan konstituennya yaitu
(Schwartz, 1992) :
a. Komposit serat yang terdiri dari serat dengan atau tanpa matriks
b. Komposit flake yang terdiri dari flake dengan atau tanpa matriks
c. Komposit partikel yang terdiri dari partikel dengan atau tanpa matriks.
d. Komposit rangka (komposit terisi) yang terdiri dari matriks rangka selanjar
yang terisi dengan bahan kedua
e. Komposit laminat yang terdiri dari konstituen lapisan atau laminat.
Gambar 2.1. Pembagian Komposit.
(Sumber : Schwartz, 1992)
Komposit dapat dibagi berdasarkan sifat dan dimensi tersebarnya yaitu :
a. Mikrokomposit
Dimensi tersebarnya mikrokomposit yang memiliki ukuran antara 810 –
610 m. Mikrokomposit ini dapat dibagi atas tiga bagian berdasarkan
ukuran dan bentuk tersebarnya yaitu :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
1) Mikrokomposit menggunakan penguat sebaran.
2) Mikrokomposit menggunakan penguat partikel.
3) Mikrokomposit menggunakan penguat serat.
b. Makrokomposit
Biasanya dimensi fasa tersebarnya memiliki ukuran di atas 610 .
2.2.2 Matrik
Matriks berfungsi sebagi pelekat untuk pengisi yang berada di dalamnya,
agar mendapatkan pelekat yang baik antara matriks dengan penguat (pengisi).
Terdapat berbagai bahan matriks yang dapat digunakan dalam komposit, yaitu
polimer, logam, keramik, kaca, karbon dan sebagainya. Pemilihan matriks
memiliki beberapa kriteria yaitu :
a. Keserasian terhadap bahan pengisi karena akan menentukan interaksi antar
muka matriks dengan pengisi.
b. Sifat akhir komposit yang dihasilkan.
c. Aplikasi dari komposit yang dihasilkan.
d. Kemudahan pemprosesan.
e. Biaya yang digunakan untuk menghasilkan komposit.
Polimer lebih banyak digunakan sebagai matrik karena memiliki beberapa
kelebihan yaitu :
a. Mudah diproses
b. Memiliki sifat mekanik dan eletronik yang baik
c. Memiliki berat jenis yang rendah
d. Memiliki suhu pemprosesan yang lebih rendah dibandingkan suhu
pemprosesan logam.
Plastik adalah zat anorganik yang dihasilkan dari senyawa-senyawa yang
pada umumnya terbentuk dari unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), dan
nitrogen (N). Zat anorganik dapat dibuat sintetis dari bahan mentah minyak bumi,
karena minyak bumi mengandung lebih dari 1000 macam senyawa hidrokarbon.
Salah satunya adalah HDPE (High Density Polyethylene), terbentuk dari
gabungan dari banyak molekul-molekul kecil atau monomer yang akan
membentuk makro molekul, maka disebut juga polymer. Polymer terbentuk dari
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
2
HDPE
gabungan banyak molekul yang sama atau mirip jenisnya. Proses pembuatan
polymer ini disebut polimerisasi, yang melibatkan energi panas dan katalisator
untuk memisahkan ikatan dalam suatu molekul agar dapat terjadi ikatan dengan
molekul-molekul lain yang sejenis (Billmeyer, 1994).
HDPE (High density polyethylene) adalah polietilena termoplastik yang
terbuat dari minyak bumi. Membutuhkan 1,75 kg minyak bumi (sebagai energi
dan bahan baku) untuk membuat 1 kg HDPE. HDPE dapat didaur ulang, dan
memiliki nomor 2 pada simbol daur ulang. Di tahun 2007, volume produksi HDPE
mencapai 30 ton. HDPE memiliki percabangan yang sangat sedikit, hal ini
dikarenakan pemilihan jenis katalis dalam produksinya (katalis Ziegler-Natta) dan
kondisi reaksi. Karena percabangan yang sedikit, HDPE memiliki kekuatan tensil
dan gaya antar molekul yang tinggi. HDPE juga lebih keras dan bisa bertahan
pada temperatur tinggi (Tm=1300C) (Ming-We Wang, 2009). HDPE sangat tahan
terhadap bahan kimia sehingga memiliki aplikasi yang luas, diantaranya :
a. Sistem perpipaan transfer panas bumi
b. Sistem perpipaan gas alam
c. Pipa air
d. Pembungkus kabel
Gambar 2.2 Simbol recycle HDPE.
Sifat-sifat plastik HDPE secara umum adalah tahan terhadap zat kimia
(minyak, deterjen), ketahanan impact cukup baik, memiliki ketahanan terhadap
suhu, dan plastik HDPE stabil terhadap oksidasi udara (Corneliusse, 2002).
2.2.3 Pengisi (filler)
Penggunaan jenis pengisi digunakan dalam komposit untuk memperbaiki
dan meningkatkan sifat-sifat fisik bahan. Penambahan pengisi bertujuan untuk
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
mengurangi biaya, mewarnai atau menguatkankan bahan polimer. Secara umum,
keupayaan penguat suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga faktor utama yaitu ukuran,
bentuk dan sifat-sifat kimia pengisi.
Pada umumnya pengisi memiliki ukuran yang kecil, dan bentuk yang tidak
seragam. Peningkatan sifat fisik bahan polimer dapat dikaitkan dengan ukuran
partikel pengisi. Ukuran partikel pengisi yang kecil akan meningkatkan tingkat
penguatan polimer dibandingkan dengan ukuran partikel yang besar Ukuran
partikel mempunyai hubungan secara langsung dengan permukaan per gram
pengisi. Oleh sebab itu, ukuran partikel yang kecil akan memperluas permukaaan
sehingga interaksi diantara polimer matrik dan pengisi seterusnya akan
meningkatkan penguatan bahan polimer. Sehingga dapat disimpulkan semakin
kecil ukuran partikel semakin tinggi interaksi antara pengisi dan matrik polimer.
Bentuk partikel dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer. Sifat akhir komposit
yang dihasilkan akan berbeda beda jika menggunakan bentuk pengisi yang
berbeda. Ukuran dan struktur partikel dikatagorikan sebagai ciri fisikal pengisi
tetapi sifat kimia dari pengisi juga berpengaruh cukup besar dengan komposit
yang akan dihasilkan. Sifat kimia pengisi akan berinteraksi dengan polimer yang
seterusnya akan menghasilkan ikatan. Pembentukan ikatan diantara polimer dan
pengisi akan meningkatkan kekuatan bahan. Ikatan diantara polimer dan pengisi
dapat dibentuk apabila pengisi memiliki tempat yang aktif untuk berinteraksi
dengan rantai polimer.
Pengisi dapat dibagi atas pengisi organik dan anorganik. Contoh pengisi
dari bahan anorganik adalah serat kaca, serat kevlar, silica, kalsium, mika, dll.
Sedangkan contoh dari pengisi dari bahan organik adalah sekam padi, sagu,
kotoran gergaji, daun, ranting, dll. Penggunaan bahan organik sebagai pengisi
banyak digunakan misalnya seperti yang dilakukan Ariawan, dkk (2008) komposit
sampah kota dengan matrik pati kanji dan unsaturated polyester. Hakim (2009)
melakukan pemelitian komposit tepung kanji-kulit kacang tanah. Bahan organik
digunakan karena relative murah, mudah didapat, mudah didaur ulang, karena
banyak tersedia di lingkungan dan lebih ramah lingkungan dari pada pengisi dari
bahan anorganik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
2.2.4 Karakteristik Komposit
Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda.
Hal itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara pengisi dan matrik.
Umumnya semua bahan komposit terdapat dua bahan yang berlainan yang
dipisahkan oleh antara muka bahan-bahan tersebut. Ikatan antar muka sangat
penting karena antar muka pengisi – matriks berfungsi untuk memindahkan beban
dari matriks ke penguat (pengisi). Kemampuan pemindahan beban ke penguat
tergantung pada daya ikat yang muncul pada antar muka komposit. Kemampuan
tersebut dapat dihitung dengan berbagai rumus untuk mengetahui nilai dari sifat-
sifat komposit yang dihasilkan.
Water Absorption digunakan selain untuk mengetahui jumlah kelembaban
yang diserap oleh spesimen pada kondisi tertentu, juga digunakan sebagai variasi
dalam penelitian ini dengan variasi waktu perendaman dalam air destilasi
kemudian ditimbang sercara berkala hingga mencapai berat setimbang.
Penyerapan kelembaban dinyatakan sebagai prosentase berat berdasarkan rumus:
Persen berat penyerapan = ingberat
ingberatberatbasah
ker
ker100%………..…..(2.1)
Densitas merupakan indikator penting kemampuan suatu komposit. Hal ini
menggambarkan seluruh efek dari properti material. Rumus untuk menghitung
densitas:
Densitas (Kg/m3) =
volume
massa……..........……….……………………........ (2.2)
Kekuatan bending adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima
akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan.
Pada bagian atas spesimen akan mengalami tekanan, dan bagian bawah akan
mengalami tegangan tarik. Komposit akan mengalami patah pada bagian bawah
yang disebabkan karena tidak mampu menahan tegangan tarik yang diterima.
Rumus perhitungan kekuatan bending mengacu pada ASTM D1037 dengan
bentuk dan gambar spesimen seperti pada gambar 2.3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Gambar 2.3 Three point bending
Kekuatan bending ini ditentukan oleh MOR (Modulus of Rupture). Rumus
untuk menghitung MOR:
MOR = 22
3
bd
PL …………………………………………………...……....(2.3)
Dimana : MOR = modulus of rupture ( pembebanan dari tengah), MPa
P = beban bending maksimal, N
L = panjang span, mm
b = lebar spesimen, mm
d = tebal spesimen, mm
Kekuatan impact diketahui dengan terlebih dahulu dihitung energi yang
diserap oleh benda (W), yaitu selisih energi potensial pendulum sebelum dan
sesudah mengenai benda. Rumus perhitungan kekuatan impact izod untuk
material plastik mengacu pada ASTM D-5941.
Gambar 2.4 Sudut impact.
(Sumber : ASTM D-5941)
b L
d
P
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
W = [ w . R. ( cos β – cos α ) ] ……………….……...…………………(2.4)
dimana: w = berat pendulum (N)
= m . g
R = jarak dari pusat rotasi pendulum ke pusat massa (m)
β = sudut pantul lengan ayun
α = sudut naik awal lengan ayun
Kondisi pendulum diayunkan bebas (tanpa mengenai benda uji) sudut
pantul lengan ayun lebih kecil daripada sudut naiknya berarti terdapat gesekan,
maka nilai W dikurangi dengan energi gesekan (Wgesek).
Persamaan untuk menghitung energi total yang diserap oleh benda (W)
adalah:
W = Wspesimen – Wgesek
W = w.R.(cos β – cos β’) …............................................................. (2.5)
dimana: β’ = sudut pantul lengan ayun tanpa mengenai benda
Perhitungan nilai kekuatan impact benda uji adalah sebagai berikut:
310
bh
WaiU 2m
J ……....…………………..………………….(2.6)
dimana: h = ketebalan benda uji (m)
b = lebar benda uji (m)
Bentuk dan ukuran spesimen uji geser tekan mengacu pada standar uji
ASTM 1037. P
Gambar 2.5 Pengujian geser tekan.
(Sumber : ASTM D 1037)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Perhitungan untuk menentukan tegangan geser maksimum adalah:
τ ……...….…………….……………...…………………………(2.7)
Dimana: τ = tegangan geser maksimum, psi (Pa)
P = beban maksimum, lbf (N)
A = luas penampang spesimen, in2 (mm
2)
2.3 Sintering
Sintering adalah pengikatan antara partikel-partikel serbuk pada suhu
tinggi. Proses sintering dapat terjadi melalui mekanisme transport atom pada
kondisi padat, pada beberapa kasus juga melibatkan fase cair. Proses sintering
melalui pergerakan atom akan mengurangi energi permukaan (surface energy)
antar partikel. Energi permukaan per unit volume berbanding terbalik dengan
diameter partikel. Sedangkan energi permukaan tergantung dari luas permukaan.
Oleh karena itu, partikel serbuk dengan luas permukaan spesifik yang lebih tinggi
akan memiliki energi permukaan yang lebih tinggi pula dan akan memepercepat
proses sintering. Luas permukaan spesifik adalah luas permukaan serbuk dibagi
dengan massa serbuk (German, 1994).
Gambar 2.6 diperlihatkan skema penyusutan pori-pori antar partikel serbuk
selama proses sintering. Pada kondisi awal adalah kondisi setelah kompaksi, yaitu
masih terdapat pori-pori antar partikel serbuk. Awal proses sintering mulai terjadi
pengikatan antar partikel serbuk sehingga pori-pori mulai mengecil.
Gambar 2.6 Skema penyusutan pori selama proses sintering.
(Sumber : German, 1994).
Proses sintering terus berlanjut maka area kontak antara partikel serbuk
membesar karena adanya tekanan selama proses kompaksi dan partikel serbuk
mulai mengalami perubahan fase menjadi lebih lunak, dan ketika material sudah
A
P
2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
pada kondisi suhu ruang akan menghasilkan ikatan yang lebih kuat. Disamping
membentuk ikatan antar partikel, siklus sintering diharapkan dapat
menyeragamkan campuran serbuk dan mengurangi porositas. Proses sintering
berpengaruh besar dalam menentukan sifat produk, antara lain kekuatan produk,
kekerasan, keuletan, konduktifitas panas dan listrik.
Dampak proses kompaksi terhadap hasil sintering adalah berkurangnya
pori-pori, serta menambah luas area kontak antar partikel, sehingga sifat material
hasil proses sintering akan mengalami peningkatan kekuatan, densitas, serta
berkurangnya penyusutan saat proses sintering. Serbuk HDPE pada suhu 120°C
sudah mulai melunak karena pada suhu tersebut plastik sudah mendekati titik
melting. Pelunakan serbuk plastik mengakibatkan terjadinya ikatan antar serbuk
plastik. Ikatan antar serbuk plastik juga dipengaruhi oleh kompaksi yang
diberikan. Kompaksi yang diberikan bersamaan dengan proses sintering akan
memperbesar ikatan antar serbuk plastik. Bertambahnya ikatan antar partikel
serbuk plastik akan menurunkan besarnya pori (Yonanta, 2008).
2.4 Pencampuran Serbuk (mixing)
Pencampuran serbuk dilakukan untuk menghasilkan distribusi komposisi
material dan ukuran serbuk yang seragam. Proses ini juga berguna untuk
menyeragamkan distribusi ukuran serbuk sebelum kompaksi, karena pada saat
penyimpanan atau proses transportasi bisa mengalami getaran yang
memungkinkan terjadinya segregasi (pengendapan). Segregasi dapat terjadi
karena perbedaan bentuk, densitas, dan ukuran partikel serbuk.
Terdapat tiga mekanisme pencampuran serbuk yaitu difusi, konveksi, dan
geser. Mekanisme difusi yaitu pencampuran yang terjadi karena pergerakan
partikel serbuk masuk ke partikel serbuk yang lain. Mekanisme konveksi yaitu
percampuran dengan perpindahan sekumpulan serbuk ke tempat yang lain.
Sedangkan mekanisme geser yaitu pergeseran serbuk karena perputaran plat
tegak. Ketiga mekanisme tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.7
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Gambar 2.7 Mekanisme pencampuran serbuk.
(Sumber : German, 1994)
Menurut German, 1994, pencampuran serbuk yang optimal, yaitu serbuk
dapat tercampur dengan baik, tergantung pada jumlah serbuk di dalam tabung dan
kecepatan putar tabung. Untuk mendapatkan campuran yang optimal saat
dilakukan transportasi perbandingan yang ideal antara dua ukuran partikel adalah
7 : 1, sedangkan untuk tiga ukuran partikel yang berbeda perbandingan yang ideal
adalah 49 : 7 : 1. Volume pencampuran serbuk yang optimal adalah antara 20-40%
dari volume tabung.
Kecepatan putar tabung untuk menghasilkan campuran yang optimum
dapat dihitung dari persamaan 2.8 :
dN c
3,42 .................................................................................................(2.8)
dimana: Nc = Kecepatan putar pada kondisi kritis (RPM), yaitu pada kondisi
gaya sentrifugal partikel serbuk ke dinding sama dengan gaya
gravitasi.
Fc = Fg
gmd
Vm.
..4 2
......................................................................(2.9)
Dimana : d = diameter tabung (meter)
Kecepatan putar yang optimum adalah sekitar 75% dari kecepatan putar
kritis (Nc) (German, 1994).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
2.5 Potensi Sampah
Pemanfaatan sampah yang terus meningkat juga harus dilakukan, dimana
potensi sampah organik di Indonesia adalah 70% yaitu sekitar 330.000 ton/hari
dan sisanya adalah sampah anorganik dan sampah berbahaya, (PSTL ITB, 2010).
Diperkirakan ada 500 juta hingga 1 milyar kantong plastik digunakan penduduk
dunia dalam satu tahun, berarti ada sekitar 1 juta kantong plastik per menit. Di
Indonesia diperkirakan terdapat 100.000 ton sampah plastik per hari (Efendi, dkk,
2010). Saat ini produksi sampah di kota besar tertinggi adalah Jakarta sebanyak
6500 ton perhari. Kota Jogja termasuk rendah produksi sampahnya untuk kategori
kota besar. Secara nasional produksi sampah per hari mencapai 200.000 ton.
Menurut kepala Bidang Persampahan DKP Surakarta , biasanya sampah berkisar
230-240 ton per hari. Tapi sepekan terakhir naik sampai 260-320 ton per hari.
Kenaikan volume sampah mencapai 40 % (http://suaramerdeka.com). Pada tahun
2008 kapasitas produksi HDPE mencapai 550.000 ton/tahun (Highlight IBBPPN),
diperkuat data dari The Public Bottle Institute (2005) menyatakan bahwa
pemakaian HDPE (High Density Polyethylene) 23%, PVC (Polyvinyl Chloride)
6%, LDPE (Low Density Polyethylene) 4%, PP (Polypropylene) 4%, dan PS
(Polystyrene) 1%.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.2 Bahan Penelitian
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:
a. HDPE
Diperoleh dari Vanila Plastik, jl. Makamhaji, Gawok, Baki, Sukoharjo.
b. Ranting pohon
Diperoleh dari sampah-sampah ranting pohon disekitar kampus UNS.
c. Daun
Diperoleh dari sampah-sampah daun disekitar kampus UNS.
d. Air destilasi
Diperoleh dari Bratachem, jl. YosodipuroNo. 66, Solo.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 3.1 Bahan penelitian : (a) HDPE; (b) Ranting; (c) Daun, (d) Air destilasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
3.3 Alat Penelitian
Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data
antara lain adalah :
a. Alat pres
b. Timbangan digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa dan selanjutnya
untuk menentukan fraksi berat komposit. Spesifikasi timbangan digital:
Merk : KRISBOW
Model : KW 0600378
Kapasitas and Reability : 500 g x 0.01
c. Mesh (saringan)
Mesh digunakan untuk menyaring HDPE dan sampah organik (daun,
ranting) setelah proses crushing. Ukuran serbuk HDPE yang digunakan
adalah yang lolos mesh 30 dan tidak lolos mesh 40, sedangkan ukuran
serbuk daun dan ranting pohon yang digunakan adalah yang lolos mesh 6
dan tidak lolos mesh 10.
d. Moisture wood meter
Alat Moisture Wood Meter digunakan untuk mengetahui kadar air
spesimen uji. Hal ini bertujuan agar kadar air setiap spesimen bisa seragam
sebelum dilakukan pengujian.
e. Timer
Timer digunakan untuk mengetahui atau membatasi lamanya pengepresan.
f. Thermometer digital
Thermometer digital digunakan untuk mengetahui suhu pada saat
dilakukan pembuatan spesimen maupun pada saat perlakuan pada
spesimen.
g. Crusher (Pemecah/Penggiling)
Crusher digunakan untuk menggiling HDPE, ranting dan daun sebelum
disaring menggunakan mesh.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Gambar 3.2 Alat Penelitian : (a) Alat pres; (b) Timbangan digital; (c) Mesh; (d) Moisture
Wood Meter; (e) Termometer digital; (f) Crusher
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
3.4 Alat Uji
a. Universal Testing Machine (UTM)
Alat ini digunakan untuk pengujian bending, geser tekan pada spesimen
komposit.
b. Impact Izod
Alat ini digunakan untuk pengujian impact pada spesimen komposit.
c. Scanning Electron Micrograph (SEM)
Alat ini digunakan untuk mengambil gambar mikro spesimen uji bending.
Pengujian foto SEM dilakukan di Universitas Negri Malang.
(a) (b) (c)
Gambar 3.3 Alat Uji (a) UTM; (b) Impact izod; (c) Scanning Electron Micrograph.
3.5 Langkah Kerja Penelitian
a. Persiapan Bahan Dasar
Proses penyiapan bahan dasar adalah dengan pengumpulan plastik
jenis HDPE yang berasal dari tempat penampungan sampah plastik.
Sedangkan sampah organik (daun dan ranting) yang dipakai berasal dari
lingkungan sekitar kampus UNS.
b. Perlakuan Awal
HDPE dicuci dan dibersihkan dari kotoran yang menempel,
selanjutnya dijemur agar kering. Sedangkan untuk sampah organik (daun
dan ranting) dilakukan penjemuran agar mudah hancur saat proses
penggilingan (crushing).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
c. Proses Crushing
Pada proses penggilingan (crushing), bahan dasar setelah perlakuan
awal akan digiling dengan mesin crusher hingga hasil dari proses
penggilingan menjadi serbuk.
d. Penyaringan
Serbuk daun, serbuk ranting, dan serbuk HDPE dari hasil crushing
selanjutnya akan di saring, untuk ukuran serbuk HDPE yang digunakan
adalah yang lolos mesh 30 dan tidak lolos mesh 40, sedangkan ukuran
serbuk daun dan ranting pohon yang digunakan adalah yang lolos mesh 6
dan tidak lolos mesh 10.
e. Pencampuran Serbuk
Proses pencampuran serbuk dilakukan untuk menyeragamkan
komposisi, serta mengurangi segregasi yang biasa terjadi akibat adanya
pergerakan atau getaran pada serbuk. Pencampuran serbuk dilakukan
dalam keadaan kering. Fraksi volume HDPE 30%, serbuk daun 35%, dan
serbuk ranting 35%. Penggunaan fraksi volume dalam pencampuran kedua
serbuk tersebut untuk memudahkan dalam memperkirakan banyaknya
masing-masing bahan dalam campuran. Pencampuran dilakukan dalam
tabung silinder yang diputar dengan kecepatan 75 rpm. Perhitungan untuk
mengetahui kecepatan putar pencampuran serbuk yang optimum dapat
dilihat pada persamaan (2.8). Dengan volume total serbuk di dalam tabung
adalah 40 % dari volume tabung.
f. Pembuatan Spesimen
Pembuatan spesimen dilakukan dengan metode pressured sintering.
Pressured sintering adalah suatu metode yang mengaplikasikan proses
kompaksi dan sintering. Material yang dihasilkan dengan menggunakan
metode pressured sintering diharapkan memiliki sifat mekanik dan fisik
yang lebih baik. Pada penelitian ini digunakan tekanan sintering 8,7 kPa,
temperatur sintering 120ºC, waktu sintering 10 menit, fraksi volume
HDPE 0,3.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
g. Pengukuran Densitas
Pengukuran densitas selain digunakan untuk memprediksi sifat
mekanik spesimen, juga digunakan untuk mengecek keseragaman
spesimen sebelum dilakukan penelitian.
h. Perendaman
Perendaman spesimen mengacu pada ASTM D5229. Perendaman ini
digunakan sebagai variasi dalam penelitian ini, yaitu variasi waktu 0 hari
(tanpa perandaman), perendaman 1 hari, 7 hari, 14 hari, dan 21 hari pada
air destilasi. Variasi waktu perendaman tersebut dilakukan untuk
mengetahui pengaruh perendaman dengan air destilasi terhadap
karakteristik mekanik dari spesimen, dengan dimensi spesimen mengacu
pada pengujian yang akan dilakukan.
i. Tahap pengujian.
Pengujian kekuatan bending
Pengujian ini mengacu pada ASTM D1037.
Gambar 3.4. Dimensi spesimen bending
Pengujian kekuatan impact
Pengujian ini mengacu pada ASTM D5941.
Gambar 3.5. Dimensi spesimen impact
4
50
194 6
Satuan : mm
Satuan : mm
80
10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Pengujian geser tekan
Pengujian ini mengacu pada ASTM D1037.
Gambar 3.6. Dimensi spesimen geser tekan
j. Pengolahan Data
Dari data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis
data yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya kekuatan
bending, kekutan impact dan geser tekan dari komposit HDPE – sampah
organik. Data hasil pengujian selanjutnya dapat disusun grafik hubungan
antara variasi waktu perendaman terhadap kekuatan bending, kekuatan
impact dan kekuatan geser tekan.
Satuan : mm
50
.8
50.8 7
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
3.6 Diagram Alir
Gambar 3.7. Bagan tata cara penelitian.
Perlakuan awal
(Pencucian dan Penjemuran)
Perlakuan awal
(Penjemuran)
Ranting, daun
Pengolahan Data
Mulai
Kesimpulan
Mixing sampah organik dan HDPE pada
N= 75 rpm, fraksi volume HDPE = 0.3
Penyaringan dengan
mesh 6-10
HDPE
Proses crushing
Penyaringan dengan
mesh 30-40
Pengujian
Bending (ASTM D1037), Geser Tekan (ASTM D1037), Impact
(ASTM D5941), dan SEM (Scanning Electron Micrograph).
Pembuatan Spesimen
Metode Pressured sintering dengan P = 8,7 kPa, T = 120ºC,
waktu sintering 10 menit, fraksi volume HDPE 0.3
Proses crushing
Selesai
Perendaman
Water absorption (ASTM D5229), variasi waktu 0 hari (tanpa
perendaman), perendaman 1 hari, 7 hari, 14 hari, dan 21 hari pada
air destilasi .
Pengukuran densitas
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
3.7. Jadual Penelitian
No
BULAN
KEGIATAN
1 2 3 4 5 6
1 Mencari referensi
2 Pembuatan proposal penelitian
3 Persiapan alat pembuatan komposit
4 Pelaksanaan penelitian
5 Pengambilan data
6 Analisa data
7 Hasil & kesimpulan penelitian
8 Pembuatan laporan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
Penelitian ini dilakukan beberapa pengujian untuk mengetahui pengaruh
waktu perendaman dalam air destilasi terhadap karakteristik mekanik komposit
HDPE–sampah organik. Pengujian yang dilakukan adalah uji bending, impact dan
geser tekan. Sebelum dilakukan pengujian tersebut, dilakukan pengukuran
densitas dan pengujian water absorption.
4.1 Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah Organik
Pengukuran densitas komposit HDPE-sampah organik dilakukan sebelum
perendaman. Hasil pengukuran densitas ditampilkan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. Densitas komposit HDPE-sampah organik.
No.spesimen Dimensi (mm)
Berat (g)
Volume (mm³)
Densitas (kg/m³)
Panjang Lebar Tebal
1 194,13 50,18 6,18 27,19 60202,12 451,71
2 194,12 50,17 6,18 27,19 60187,02 451,76
3 194,07 50,17 6,17 27,14 60074,16 451,77
4 194,06 50,18 6,17 27,14 60083,03 451,71
5 194,08 50,19 6,18 27,20 60198,61 451,75
Rata -rata
451,74
Nilai rata-rata densitas dari spesimen pengujian bending, geser tekan, dan
impact relatif sama. Nilai densitas komposit HDPE-sampah organik adalah 451,74
⁄ . Pengujian densitas komposit HDPE-sampah organik digunakan untuk
mengecek keseragaman spesimen sebelum dilakukan penelitian. Selanjutnya
dilakukan perendaman dengan variasi waktu 0 hari (tanpa perendaman),
perendaman 1 hari, 7 hari, 14 hari, dan 21 hari.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
4.2 Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Nilai Water Absorption
Hasil dari variasi perendaman didapatkan grafik nilai water absorption
komposit HDPE-sampah organik dapat dilihat pada gambar 4.1.
Gambar 4.1. Pengaruh waktu perendaman terhadap nilai water absorption komposit
HDPE-sampah organik
Nilai water absorption dari komposit HDPE-sampah organik untuk
pengujian bending, geser tekan, dan impact relatif sama yaitu semakin naik
dengan bertambahnya waktu perendaman. Hasil pengujian ini sesuai dengan
penelitian yang dilakukan (Nosbi, 2010), bahwa pengujian water absorption
variasi waktu perendaman 1 hari, 1 minggu, 2 minggu dan 3 minggu terhadap
komposit serat kenaf menunjukan tingkat kadar air akan terus meningkat dengan
waktu perendaman.
Spesimen akan terus menyerap air dengan bertambahnya waktu
perendaman hingga mencapai nilai water absorption maksimal, dimana spesimen
tidak mampu menyerap air lagi. Kenaikan rata-rata nilai water absorption
perendaman 1 hari hingga 21 hari sebesar 30,85 %. Pertambahan terbesar nilai
water absorption adalah antara waktu perendaman 1 hari hingga 7 hari sebesar
20,77 %, karena pada awal perendaman spesimen komposit banyak memiliki
luasan untuk menyerap air. Hal ini menunjukan bahwa komposit HDPE-sampah
organik pada awal perendaman terjadi penyerapan air dalam jumlah yang banyak.
Nilai rata-rata water absorption pada waktu perendaman 14 hari adalah 127,48 %
yang hampir sama dengan nilai rata-rata water absorption pada waktu
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Wate
r A
bso
rbti
on
(%
)
Waktu Perendaman (hari)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
perendaman 21 hari yaitu sebesar 128,57 %. Hal ini menunjukan bahwa
penyerapan air mulai stabil setelah memasuki waktu perendaman 14 hari, karena
sudah tidak tersedia luasan untuk menyerap air.
4.3. Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Bending
Kekuatan bending komposit dapat diketahui setelah dilakukan pengujian
bending. Pengujian bending dilakukan dengan menggunakan alat Universal
Testing Machine dengan metode three point bending. Hasil pengujian bending
komposit HDPE-sampah organik ditampilkan pada gambar 4.2.
Gambar 4.2. Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan bending komposit HDPE-
sampah organik.
Nilai kekuatan bending semakin turun dengan bertambahnya waktu
perendaman. Penurunan kekuatan bending dari waktu 0 hari (tanpa perendaman)
hingga 21 hari perendaman mencapai 38,60 %. Semakin lama waktu perendaman
akan meningkatkan nilai water absorption dan menurunkan kekuatan bending
komposit HDPE-sampah organik. Kekuatan bending pada perendaman 14 hari
hingga 21 hari mengalami penurunan yang signifikan yaitu sebesar 24,35 %,
karena pada waktu perendaman 14 hari hingga 21 hari adalah nilai maksimal dari
water absorption. Semakin banyak jumlah air yang diserap oleh spesimen akan
semakin melemahkan ikatan antarmuka komposit HDPE-sampah organik. Kondisi
ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan (Dhakal et al, 2007), pengujian water
absorption menunjukan penurunan sifat mekanik komposit serat rami-unsaturated
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Keku
ata
n B
en
din
g (
MP
a)
Waktu Perendaman (hari)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
HDPE
Daun
HDPE
Daun
HDPE
Daun
polyester karena penurunan ikatan antarmuka fiber-matrix. Fakta ini terjadi pada
komposit HDPE-sampah organik yang terlihat pada gambar 4.3.
(a) (b)
(c)
Gambar 4.3. Pengamatan SEM (a) 0 hari (tanpa perendaman); (b) 1 hari perendaman;
(c) 21 hari perendaman.
Gambar 4.3 terlihat perbedaan antara variasi 0 hari (tanpa perendaman), 1
hari perendaman, dan 21 hari perendaman. Gambar 4.3 (a) menunjukan bentuk
dari HDPE dan sampah organik masih utuh. Ikatan antarmuka HDPE-sampah
organik masih padat. Gambar 4.3 (b) terlihat struktur HDPE tetap utuh sedangkan
pada sampah organik terjadinya pelapukan pada daun, dimana terlihat hanya
tulang daunnya. Daun yang lapuk menyebabkan terjadinya porositas. Gambar 4.3
(c) menunjukan struktur HDPE tetap utuh, sedangkan pada sampah organik
terlihat daun semakin habis dan ranting juga terjadi pelapukan. Pelapukan yang
Ranting Ranting
Ranting
Ikatan antarmuka
HDPE-sampah organik
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
terjadi membuat posoritas semakin luas. Porositas menyebabkan area kontak
antara HDPE-sampah organik menjadi sempit. Kerusakan ikatan antarmuka
HDPE-sampah organik akan menimbulkan retakan awal yang memicu terjadinya
patahan, sehingga kekuatan bending akan terdegradasi.
4.4 Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Geser Tekan
Kekuatan geser tekan komposit dapat diketahui setelah dilakukan
pengujian geser tekan. Pengujian geser tekan dilakukan dengan menggunakan alat
Universal Testing Machine. Grafik hasil pengujian geser tekan komposit HDPE-
sampah organik ditampilkan pada gambar 4.4.
Gambar 4.4. Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan geser tekan komposit
HDPE-sampah organik.
Kekuatan geser tekan juga mengalami penurunan, seperti pada pengujian
bending, yaitu kekuatan geser tekan semakin turun dengan bertambahnya waktu
perendaman. Penurunan kekuatan geser tekan dari waktu 0 hari (tanpa
perendaman) hingga 21 hari perendaman mencapai 36,36 %. Penurunan nilai
geser tekan terbesar terjadi antara waktu perendaman 14 hari hingga 21 hari yaitu
sebesar 22,22 %, karena waktu perendaman 14 hari hingga 21 hari merupakan
nilai water absorption maksimal. Semakin tinggi nilai water absorption akan
semakin menurunkan kekuatan geser tekan. Air yang diserap oleh spesimen akan
merusak ikatan antarmuka HDPE-sampah organik. Semakin rusaknya ikatan
antarmuka akan semakin memperkecil area kontak antar material penyusun pada
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Keku
ata
n G
eser
Tekan
(M
Pa)
Waktu Perendaman (hari)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
komposit HDPE-sampah organik, sehingga kekuatan geser tekan semakin turun
dengan bertambahnya waktu perendaman.
4.5 Pengaruh Waktu Perendaman Terhadap Kekuatan Impact
Kekuatan impact komposit HDPE-sampah organik dapat diukur dengan
dilakukan pengujian kekuatan impact dengan alat impact izod. Hasil dari
pengujian kekuatan impact komposit HDPE-sampah organik dapat dilihat pada
gambar 4.5.
Gambar 4.5. Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan impact komposit HDPE-
sampah organik.
Seperti halnya pada pengujian bending dan geser tekan, kekuatan impact
juga mengalami penurunan dengan bertambahnya waktu perendaman. Penurunan
kekuatan impact dari waktu 0 hari (tanpa perendaman) hingga 21 hari perendaman
mencapai 37,76 %. Penurunan terbesar terjadi pada waktu perendaman 14 hari
hingga 21 hari yaitu sebesar 22,27 %. Semakin lama waktu perendaman akan
meningkatkan nilai water absorption, pada waktu perendaman 14 hari hingga 21
hari merupakan nilai wáter absorbtion tertinggi. Banyaknya air yang diserap oleh
spesimen akan semakin melemahkan ikatan antarmuka HDPE-sampah organik,
memperkecil area kontak antar HDPE-sampah organik. Hal ini akan kenurunkan
kemampuan menahan energi atau beban kejut yang menyebabkan kekuatan
impact menurun.
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Imp
ac
t (
kJ/m
2)
Waktu Perendaman (hari)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
1.1.Kesimpulan
Berdasarkan hasil yang diperoleh dari analisa data, maka dapat disimpulkan
bahwa :
1. Pengaruh waktu perendaman dalam air destilasi akan menurunkan kekuatan
bending, geser tekan, dan impact komposit HDPE–sampah organik. variasi
waktu 0 hari (tanpa perendaman) hingga perendaman 21 hari akan
menurunkan kekuatan bending sebesar 38,60 %, kekuatan geser tekan turun
sebesar 36,36 %, serta kekuatan impact akan turun sebesar 37,76 %.
2. Nilai water absorption komposit HDPE-sampah organik akan semakin naik
dengan bertambahnya waktu perendaman dan mulai stabil setelah memasuki
waktu perendaman 14 hari hingga perendaman 21 hari.
1.2. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengenai pengaruh waktu
perendaman dalam air destilasi terhadap karakteristik mekanik komposit HDPE–
sampah organik, penulis menyarankan :
1. Variasi waktu perendaman harus ditentukan berdasarkan nilai water
absorption yang dihitung setiap hari hingga nilai water absorption stabil.
2. Pengambilan spesimen dari perendaman harus dilakukan secara berhati-hati
agar tidak merusak ikatan pada spesimen.