pengaruh media perendaman terhadap …/pengaruh... · diagram alir penelitian ... gambar 2.2 simbol...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH MEDIA PERENDAMAN TERHADAP
KARAKTERISTIK MEKANIK KOMPOSIT
HDPE–SAMPAH ORGANIK
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
TRI PRASTYO
I 1407007
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH MEDIA PERENDAMAN TERHADAP KARAKTERISTIK
MEKANIK KOMPOSIT HDPE–SAMPAH ORGANIK
Disusun oleh
TRI PRASTYO
NIM. I 1407007
Dosen Pembimbing I
Heru Sukanto, ST,MT
NIP. 19720731 199702 1 001
Dosen Pembimbing II
Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT
NIP. 19681004 199903 1 002
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Rabu tanggal 25 Juli 2012
1. Bambang Kusharjanta, ST,MT
NIP. 19691116 199702 1 001 :………………………
2. Purwadi Joko Widodo, ST,M.Kom
NIP. 19730126 199702 1 001 :……………………....
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
Persembahan
Teruntuk :
Ibundaku & Rosa Pertiwi Gunadi, ST
MOTTO
“Keyakinan merupakan suatu pengetahuan di dalam hati,
jauh tak terjangkau oleh bukti” (Kahlil Gibran).
“Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak
pernah gagal, tetapi bangkit kembali
setiap kali kita jatuh” (Confusius).
“Setiap saat dalam hidupmu adalah ibarat gambar yang
belum pernah terlihat, dan gambar yang tidak akan
pernah terlihat lagi. Jadi, nikmati hidupmu dan
jadikan setiap momen menjadi indah”
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
PENGARUH MEDIA PERENDAMAN TERHADAP KARAKTERISTIK
MEKANIK KOMPOSIT HDPE–SAMPAH ORGANIK
Tri Prastyo
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Abstrak Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik komposit HDPE-
Sampah organik meliputi kekuatan bending, geser tekan, dan kekuatan impact
komposit dibawah variasi media perendaman.
Komposit terbuat dari bahan High Density Polyethylene (HDPE) daur
ulang dan sampah organik. Pembuatan komposit menggunakan metode pressured
sintering dengan suhu sebesar 120 o
C, pada tekanan 8.7 kPa, selama 10 menit, dan
fraksi volume HDPE 0.3. Pengujian water absorption mengacu ASTM D5229,
Pengujian kekuatan bending dan kekuatan geser tekan mengacu ASTM D1037,
sedangkan pengujian impact mengacu ASTM D5941. Pengamatan patah bending
komposit dilakukan dengan SEM (scanning electron micrograph).
Hasil penelitian menunjukkan secara keseluruhan karakteristik mekanik
komposit HDPE-Sampah organik yang direndam mengalami penurunan
dibandingkan spesimen yang tidak mendapatkan perlakuan perendaman.
Penurunan kekuatan bending, geser tekan, dan impact terbesar terjadi pada variasi
perendaman dalam air accu zuur, diikuti air laut, air detergen, dan air destilasi.
Penurunan kekuatan bending sebesar 62.33%. Penurunan kekuatan geser tekan
sebesar 59.56%. Penurunan kekuatan impact sebesar 60.07%.
Kata kunci : Komposit, HDPE, Sampah organik, Sintering, Water absorption.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
EFFECT OF IMMERSION MEDIA TO MECHANICAL
CHARACTERISTIC OF HDPE-ORGANIC WASTE COMPOSITES
Tri Prastyo Mechanical Engineering Departement
Engineering Faculty, Sebelas Maret University
Surakarta, Indonesia
Abstract
The research was conducted to investigate characteristic of HDPE–
Organic waste composite. The properties tested includes are bending strength,
compression shear strength and impact strength composites under variety of
media immersion.
Composite material was made of High Density Polyethylene (HDPE)
recycle and organic waste. The composite was made by pressured sintering
method with 120oC temperature at 8.7 kPa, during 10 min, and 0.3 HDPE volume
fraction. Water absorption test refers to ASTM D5229. Bending test and
compression shear refers to ASTM D1037, whereas impact test refers to ASTM
D5941. The fracture surface of bending test was observed SEM (scanning electron
micrograph).
The result shows mechanical characteristics of HDPE-Organic waste
composite that immersed have decreased compared with the specimen that did not
get the immersion treatment. Decrease of bending strength, compression shear,
and impact strength occurs on the variation of immersion in accu zuur water, sea
water, detergent water, and distilled water. Decrease of bending strength,
compression shear, impact strength are 62.33%; 59.56%; 60.07% respectively.
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. Ibunda dan Ayahandaku, keluarga mas Eko Supriyanto, ST & mbak Lilin,
keluarga mbak Dwi Handayani, Amd & mas Wahyu. Keponakanku
Devanno-Devinno, dan Zlatan terimakasih atas doa, kasih sayang, dan
semangat yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Heru Sukanto, ST, MT. selaku dosen pembimbing I yang telah
memberikan banyak masukan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT. selaku dosen pembimbing II yang
dengan ikhlas dan sabar memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan
penulisan skripsi ini, serta sebagai pembimbing akademik selama menjalani
perkuliahan.
4. Bapak Bambang Kusharjanta, ST, MT., Bapak Purwadi Joko Widodo, ST,
M. Kom., dan Bapak Didik Djoko Susilo, ST, MT. selaku dosen penguji.
5. Dosen-dosen Teknik Mesin FT UNS yang telah membuka wacana keilmuan.
6. Rosa Pertiwi Gunadi, ST. terima kasih atas hari-hari yang telah kita lalui
bersama, karena semangat, perhatian, dan kasih sayang darimu sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
7. Firmansyah Gunadi, SH & Yulia Endah Lestari, SE terima kasih atas canda
dan tawa kalian menemani penulis menyelesaikan skripsi ini.
8. Keluarga Ir. Wasis Gunadi, MBA
9. Keluarga besar mbah Mangun Diharjo
10. Keluarga besar mbah Kirjo
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
11. Muhamad Fandy Assydiqi, ST, Didik Riyanto, ST, Agung Ibnu Wibowo,
ST, Heri Saputro, ST, Pradipta Fajar Yuniarto kawan dan sahabat
seperjuangan yang telah melakukan penelitian bersama-sama.
12. Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non Reguler UNS angkatan
2007 (Triono Karso, Wisnu, Eko Sri Wahyudi, Agus, Dany, Eko Yulianto,
Frans Sukma, ST, Khamdan, Apriyan Triasmoko, Iva Irawan, Diky, Fandy
DP.
13. Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non Reguler UNS angkatan
2006 (Aji, Dhidhit, Ocky, Bomby, Tri SS, Yayan, Hendrawan, Danang,
Bagus, Andi, Arive) dan semua tanpa terkecuali yang telah memberikan
dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi.
14. Kakak tingkat Fakultas Teknik Mesin UNS angkatan 2004, 2005, dan
Bapak-Ibu S2 (khususnya Bu Rina dan Pak Ahmad) yang telah memberikan
semangat.
15. Ibu Elisa, Mas Haryanto, Pak Endras, & Semua Karyawan Fakultas Teknik.
16. 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
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
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 Komposit..................................................................... 6
2.2.2. Ikatan filler-matrik......................................................................... 7
2.3. Filler....................................................................................................... 8
2.4. Matrik..................................................................................................... 9
2.5. Karakteristik Komposit.......................................................................... 11
2.6. Sintering................................................................................................. 15
2.6.1. Pencampuran Serbuk.................................................................... 16
2.7. Potensi Sampah....................................................................................... 18
BAB III. METODE PENELITIAN ......................................................................... 19
3.1. Tempat Penelitian .................................................................................. 19
3.2. Bahan Penelitian..................................................................................... 19
3.3. Alat Penelitian........................................................................................ 21
3.4. Alat Pengujian........................................................................................ 22
3.5. Parameter................................................................................................ 24
3.6. Langkah Kerja Penelitian ...................................................................... 24
3.7. Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 28
3.8. Jadwal Penelitian.................................................................................... 29
BAB IV. HASIL DAN ANALISA .......................................................................... 30
4.1. Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah organik....................... 30
4.2. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Water Absorption.................... 31
4.3. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Bending................... 32
4.4. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Geser Tekan............ 34
4.5. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Impact..................... 35
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 37
5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 37
5.2. Saran ...................................................................................................... 37
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Skema penyusutan pori selama proses sintering........................... 30
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Ikatan pada komposit ................................................................ 7
Gambar 2.2 Simbol recycle HDPE ............................................................... 11
Gambar 2.3 Three point bending .................................................................. 12
Gambar 2.4 Sudut impak .............................................................................. 10
Gambar 2.5 Pengujian geser tekan ................................................................ 14
Gambar 2.6 Skema penyusutan pori selama proses sintering ....................... 16
Gambar 2.7 Mekanisme pencampuran serbuk .............................................. 17
Gambar 3.1 Bahan penelitian ........................................................................ 19
Gambar 3.2 Alat Penelitian ........................................................................... 20
Gambar 3.3 Alat Pengujian ........................................................................... 22`
Gambar 3.4 Dimensi spesimen bending........................................................ 25
Gambar 3.5 Dimensi spesimen Impact ......................................................... 25
Gambar 3.6 Dimensi spesimen geser tekan .................................................. 26
Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 27
Gambar 4.1 Pengaruh media perendaman terhadap water absorption
komposit HDPE-sampah organik .............................................. 31
Gambar 4.2 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan bending
komposit HDPE-sampah organik .............................................. 32
Gambar 4.3 Pengamatan patah bending ........................................................ 33
Gambar 4.4 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan geser tekan
komposit HDPE-Sampah organik ............................................. 34
Gambar 4.5 Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik setelah pengujian
geser tekan ................................................................................. 35
Gambar 4.6 Pengaruh waktu perendaman terhadap kekuatan impact komposit
HDPE-Sampah organik ............................................................. 35
Gambar 4.7 Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik setelah pengujian
impact ........................................................................................ 36
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Tabel 1. Pengujian Bending Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Media
Perendaman.
Tabel 2. Pengujian Geser Tekan Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi
Media Perendaman.
Tabel 3. Pengujian Impact Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Media
Perendaman.
Tabel 4. Pengukuran Densitas Spesimen Bending Komposit HDPE-Sampah
Organik.
Tabel 5. Pengukuran Densitas Spesimen Geser Tekan Komposit HDPE-Sampah
Organik.
Tabel 6. Pengukuran Densitas Spesimen Impact Komposit HDPE-Sampah
Organik.
Tabel 7. Pengujian Water Absorption Spesimen Bending Komposit HDPE-
Sampah Organik.
Tabel 8. Pengujian Water Absorption Spesimen Geser Tekan Komposit HDPE-
Sampah Organik.
Tabel 9. Pengujian Water Absorption Spesimen Impact Komposit HDPE-
Sampah Organik.
Tabel 10. Densitas Aktual Tanpa Perendaman.
Tabel 11. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Destilasi.
Tabel 12. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Detergen.
Tabel 13. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Laut.
Tabel 14. Densitas Aktual Setelah Perendaman Dalam Air Accu Zuur.
Tabel 15. Porositas Komposit HDPE-Sampah Organik Variasi Media
Perendaman
Lampiran Perubahan Warna Air Perendaman
Lampiran Pengujian Kadar Kimia Media Perendaman
Lampiran Dimensi Alat Uji
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Komposit polimer merupakan salah satu komposit yang diminati
pembuatannya karena memiliki kekuatan yang cukup tinggi dengan harga yang relatif
murah serta mampu membantu permasalahan lingkungan. Kebijakan negara Uni
Eropa dan sebagian Asia telah mensyaratkan bahan daur ulang dan serat alam untuk
pembuatan komponen otomotif untuk mengurangi dampak permasalahan lingkungan
(End of Life Vehicle directive 2000/53/EC). Gabungan HDPE - ranting - daun
merupakan salah satu alternatif bahan yang dapat digunakan untuk pembuatan
komposit. Komposit HDPE - ranting - daun memiliki keunggulan jika dilihat dari sisi
pembiayaan atau investasi karena lebih ekonomis.
Potensi sampah plastik HDPE di Indonesia diperkirakan akan semakin
meningkat, dikarenakan semakin meningkatnnya konsumsi HDPE di sektor industri.
Miyarso (2012) mengatakan, pada tahun 2012 konsumsi HDPE nasional diperkirakan
mengalami kenaikan sekitar 7%-8%, ini terlihat dari produksi HDPE selama Januari
sampai September 2011 sebesar 76,82%. Selama tiga kuartal pertama produksi HDPE
tahun 2011 sebesar 242 ribu ton, dari kapasitas sebesar 315 ribu ton (okezone.com,
Januari 2012). Indonesia dengan jumlah penduduk hingga 225 juta, setiap hari
menghasilkan sampah baik organik maupun anorganik. Jumlah sampah yang
dihasilkan setiap hari di Indonesia mencapai 11,330 ton per hari, dan dalam satu
tahun, mencapai 4.078.800 ton per tahun (www.p-wec.org, 2012). Potensi sampah
sebesar itu dapat dijadikan sesuatu yang bermanfaat dan memiliki nilai ekonomis,
salah satunya menjadi komposit. Komposit dapat dibuat dari bahan yang ramah
lingkungan, dan produk yang hasilnya dapat digunakan pada berbagai macam
kebutuhan (Krzysik, 1991).
Pembuatan komposit dapat dilakukan salah satunya dengan metode pressured
sintering. Pressured sintering adalah suatu metode yang mengaplikasikan proses
kompaksi dan sintering . Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit antara
lain adalah : ukuran partikel serbuk, besarnya tekanan, temperatur sintering, lamanya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
waktu penahanan sintering, dan volume zat pengikat. Penelitian komposit HDPE dan
sampah organik dengan variasi peningkatan fraksi volume HDPE dengan metode
pressured sintering dapat meningkatkan kekuatan bending, densitas, serta impaknya
(Asshiddiqi, 2011).
Saat ini komposit serat alam memiliki dua permasalahan yang perlu ditangani
yaitu : kecocokan resin dan pengaruh penyerapan air (Westman, 2010). Pengujian
water absorption komposit polyester-serat kenaf, dengan variasi larutan air destilasi,
air laut, dan larutan asam, diperoleh kadar air maksimum (Mm) pada komposit yang
direndam dalam larutan asam, diikuti dengan air laut dan air destilasi selama 21 hari
dan menurunkan kekuatan mekaniknya (Nosbi, 2010). Balaji (2011) mengatakan,
Peningkatan kadar asam sulfat 15 % sampai 35% terhadap pengujian water
absorption komposit serat rami matrik epoxi menurunkan kekuatan mekaniknya.
Salah satu komponen penyusun komposit ini adalah material organik yang
berpotensi menyerap kelembaban, karena itu diperlukan penelitian untuk mengetahui
perilaku penyerapan air serta efek penyerapan air terhadap degradasi karakteristik
mekanik komposit HDPE sampah organik. Komposit ini diharapkan dapat di
aplikasikan di luar ruangan dan mampu memenuhi kebutuhan penggunaan bahan
yang semakin meluas di segala bidang.
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimana pengaruh variasi media perendaman terhadap karakteristik
mekanik komposit berbahan dasar HDPE dan 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 karakteristik komposit HDPE dan
Sampah organik berupa kekuatan bending, geser tekan, dan kekuatan impact
komposit dibawah variasi media perendaman.
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, 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.
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
Kebutuhan penggunaan bahan yang semakin meluas di segala bidang, menjadi
sebuah tantangan untuk menciptakan bahan baru yang kuat, murah, ringan, tahan
korosi dan mudah dalam pembentukannya. Komposit merupakan salah satu
solusinya, limbah dan serat alam sudah digunakan pabrikan Eropa untuk perakitan
mobil-mobil mewah, di antaranya Audi, BMW, dan Daimler AG. Salah satu produk
termewah Mercedes S Class, bahkan telah menggunakan komposit serat alam dan
bahan daur ulang pada 27 bagian interiornya (Subyakto, 2011), namun komposit yang
menggunakan serat alam sebagai filler atau penguat masih sedikit diaplikasikan diluar
ruangan. Penurunan kekuatan komposit akan menurun apabila terkena dampak
lingkungan disekitar. Diperlukan penelitian untuk mengetahui kekuatan komposit
apakah layak untuk diaplikasikan diluar ruangan, serta mengetahui dampak degradasi
kekuatannya.
Komposit HDPE sampah organik terbuat dari bahan dasar sampah. Sampah
organik (daun dan ranting) berfungsi sebagai filler dan sampah anorganik (plastik
HDPE) berfungsi sebagai pengikat, karena sifatnya yang dapat mengalami pelunakan
atau pelelehan kembali jika diberi penambahan suhu. Plastik HDPE dapat
ditambahkan filler (material pengisi) dari bahan-bahan lain untuk mendapatkan
material akhir dengan sifat-sifat yang diinginkan. Pembuatan komposit dapat
dilakukan salah satunya dengan metode pressured sintering. Kenaikan suhu sintering
menyebabkan HDPE akan semakin mudah melunak dan mengakibatkan
bertambahnya titik kontak antar partikel. Dengan pertambahan titik kontak antar
partikel plastik semakin besar menyebabkan ikatan antar partikel plastik semakin
kuat. 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).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan bahan yang terbuat dari teknologi
serbuk antara lain adalah : ukuran partikel serbuk, besarnya tekanan, temperatur
sintering, lamanya waktu penahanan sintering, dan volume zat pengikat. Penelitian
komposit HDPE-sampah organik dengan variasi peningkatan suhu sintering akan
meningkatkan kekuatan bending dan menurunkan nilai serapan air (Riyanto, 2011).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan waktu sintering dari 5 menit
sampai 20 menit akan meningkatkan kekuatan mekanik komposit serta peningkatan
densitas komposit (Wibowo, 2012). Tutuko (2007) mengatakan penambahan waktu
sintering dari 10 hingga 25 menit akan meningkatkan kekuatan mekanik komposit
HDPE-ban bekas.
Penelitian komposit HDPE dan sampah organik dengan variasi peningkatan
fraksi volume HDPE meningkatkan kekuatan mekaniknya (Asshiddiqi, 2011).
Semakin kecil ukuran serbuk akan meningkatkan kekuatan komposit (Yonanta,
2008). Fraksi volume terbaik yang digunakan untuk membuat komposit dengan
HDPE adalah 20% - 40% (Oza, 2010). Peningkatan besar tekanan pada komposit
HDPE dan sampah organik mempengaruhi kekuatan mekaniknya (Saputro, 2012).
Komposit yang menggunakan serat alam sebagai filler masih sedikit
diaplikasikan diluar ruangan, dikarenakan penurunan kekuatan komposit apabila
terkena dampak lingkungan. Komposit serat alam memiliki dua permasalahan yang
perlu ditangani yaitu : kecocokan resin dan pengaruh penyerapan air (Westman,
2010). Diperlukan penelitian untuk mengetahui kekuatan komposit apakah layak
untuk diaplikasikan diluar ruangan, serta mengetahui dampak degradasi kekuatannya
akibat water absorption. 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). Perilaku penyerapan
air biokomposit poly (asam laktat) dan kulit pohon serat kenaf dengan perendaman
air destilasi, ditemukan pengembangan microcracks di permukaan dan di dalam
komposit, dan menyebabkan debonding pada serat dan matrik (Taib, 2008).
Pengujian water absorption spesimen komposit serat kenaf dilakukan dengan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
merendam spesimen dalam air destilasi pada suhu 25oC. Sifat tarik spesimen yang
direndam dalam air dievaluasi dan dibandingkan dengan spesimen komposit kering
menunjukkan penurunan kekuatan tarik komposit (Rashdi, 2010).
2.2 Teori Tentang Komposit
2.2.1 Klasifikasi Komposit
Hull (1992), mengklasifikasikan komposit berdasarkan sifat dan dimensi fasa
tersebarnya yaitu :
a. Mikrokomposit
Dimensi fasa tersebarnya mikrokomposit yang memiliki ukuran antara 10-8
– 10-6
m. Mikrokomposit ini dapat dibagi atas tiga bagian berdasarkan ukuran dan bentuk
fasa tersebarnya yaitu :
Mikrokomposit menggunakan penguat sebaran
Mikrokomposit menggunakan penguat partikel
Mikrokomposit menggunakan penguat serat
b. Makrokomposit
Biasanya dimensi fasa tersebarnya memiliki ukuran di atas 10-6
m.
komposit sebagai sistem material yang terdiri dari gabungan dua atau lebih
unsur pokok makro yang berbeda bentuk atau komposisi yang tidak dapat dipisahkan
satu sama lain. Berdasarkan bentuk material pembentuknya, Schwartz (1984)
mengklasifikasikan komposit menjadi lima kelas, yaitu:
Komposit serat (fiber composite)
Komposit serpihan (flake composite)
Komposit butir (particulate composite)
Komposit isian (filled composite)
Komposit lapisan (laminar composite)
Komposit dengan penguat serat adalah jenis komposit yang paling sering
dipakai dalam aplikasi, hal ini dikarenakan komposit jenis ini memiliki sifat kekuatan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya adalah struktur serat tersebut
memiliki kekuatan tekan serta kekuatan tarik arah melintang serat yang kurang bagus.
Secara umum komposit dengan penguatan serat tersusun dari dua material
utama yaitu matrik dan serat. Antar kedua unsur material tersebut tidak terjadi reaksi
kimia dan tidak larut satu sama lain, melainkan hanya ikatan antar muka diantara
keduanya. Serat yang memiliki kekuatan lebih tinggi berperan sebagai komponen
penguat, sedangkan matrik yang bersifat lemah dan liat bekerja sebagai pengikat dan
memberi bentuk pada struktur komposit. Komposit serat dapat dibedakan berdasarkan
jenis dan orientasi seratnya, yaitu komposit serat searah (continuous fiber composite),
serat anyaman (woven fiber composite), serat acak (chopped fiber composite), dan
gabungan beberapa jenis serat (hybrid fiber composite).
2.2.2 Ikatan filler-matrik
Mekanisme penguatan komposit filler sangat di tentukan oleh ikatan antara
filler dengan matrik. Apabila ikatan yang terjadi cukup kuat, maka filler dapat
meningkatkan kekuatan komposit, tetapi apabila ikatan antar permukaan partikel
dengan matrik kurang baik, yang terjadi adalah filler hanya sebagai bahan impurities,
dimana filler hanya terjebak dalam matrik tanpa memiliki ikatan dengan matrik dan
hanya akan mengurangi kekuatan dari matrik itu sendiri. Kekuatan komposit sangat
di tentukan oleh ikatan antar muka antara serat dengan matrik seperti ditunjukkan
gambar 2.1.
Gambar 2.1 Ikatan pada komposit
(Sumber : George, dkk, 1995)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
2.3 Filler
Filler merupakan komponen di dalam material komposit yang berguna untuk
memperbaiki sifat mekanik dari bahan matrik yang digunakan. Syarat yang harus
dimiliki filler agar dapat dipergunakan dalam komposit adalah kemampuannya
berikatan dengan matrik. Kekuatan komposit akan mengalami kenaikan yang cukup
tinggi dengan adanya filler. Semakin tinggi kemampuan filler untuk berikatan dengan
matrik, semakin kuat pula komposit yang dihasilkan. Mekanisme penguatan sangat di
tentukan oleh ikatan antara permukaan filler dengan matrik, apabila ikatan yang
terjadi cukup kuat maka mekanisme penguatan akan terjadi dengan baik dan akan
meningkatkan kekuatan komposit, akan tetapi apabila ikatan antar permukaan filler
dengan matrik tidak sempurna filler hanya sebagai bahan impurities, dimana filler
hanya terjebak dalam matrik tanpa memiliki ikatan dengan matriknya dan hanya akan
mengurangi kekuatan dari matrik itu sendiri. Penambahan filler bertujuan untuk
mengurangi biaya, mewarnai atau menguatkankan bahan polimer.
Secara umum, kemampuan suatu filler dalam komposit dipengaruhi oleh tiga
faktor utama yaitu ukuran, bentuk, dan sifat-sifat kimia. Pada umumnya filler
memiliki ukuran yang kecil, dan bentuk yang tidak seragam. Peningkatan sifat fisik
bahan polimer dapat dikaitkan dengan ukuran partikel filler. Ukuran partikel filler
yang kecil akan meningkatkan tingkat penguatan polimer dibandingkan dengan
ukuran partikel yang besar. Ukuran partikel mempunyai hubungan secara langsung
dengan permukaan per gram filler. Oleh sebab itu, ukuran partikel yang kecil akan
memperluas permukaaan sehingga interaksi antara matrik dan filler seterusnya akan
meningkatkan penguatan bahan polimer, sehingga dapat disimpulkan semakin kecil
ukuran partikel semakin tinggi interaksi antara filler dan matrik polimer. Bentuk
partikel dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer. Sifat akhir komposit yang
dihasilkan akan berbeda beda jika menggunakan bentuk pengisi yang berbeda. Sifat
kimia filler akan berinteraksi dengan matrik polimer yang seterusnya akan
menghasilkan ikatan. Pembentukan ikatan diantara polimer dan filler akan
meningkatkan kekuatan komposit.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
Saat ini filler berkembang ke arah serat alam, karena serat alam renewable
dan dapat terdegradasi di alam, tidak seperti serat sintetis yang sangat sulit terurai
kembali yang akan menambah permasalahan lingkungan. Serat alam dapat menjadi
filler dalam komposit karena kandungan selulosenya, dimana selulose ini dimiliki
oleh beberapa serat seperti jute, kenaf, sisal, cantula, abaca, dan sekam padi
(Ariawan, 2009). Filler juga ada yang terbuat dari bahan anorganik seperti serat kaca,
serat kevlar, silica, kalsium, dan mika. Filler yang digunakan dalam komposit ini
adalah sampah organik berupa serbuk ranting dan serbuk daun yang ramah
lingkungan.
2.4 Matrik
Gibson R.F (1994) mengatakan, bahwa matrik dalam struktur komposit bisa
berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi
untuk mengikat serat menjadi satu struktur komposit. Matrik memiliki fungsi :
Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur
Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan
Mentransfer dan mendistribusikan beban ke serat
Menyumbangkan beberapa sifat seperti, kekakuan, ketangguhan dan tahanan
listrik.
Polimer lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan (Ismail, 2004)
yaitu :
a. Mudah diproses
b. Memiliki sifat mekanik yang baik
c. Memiliki berat jenis yang rendah
d. Memiliki suhu pemrosesan yang lebih rendah dibandingkan suhu pemrosesan
logam.
Plastik merupakan salah satu polimer yang berasal dari zat organik, yang
dihasilkan dari senyawa-senyawa yang pada umumnya terbentuk dari unsur karbon
(C), hidrogen (H), oksigen (O), dan nitrogen (N). Zat organik dapat dibuat sintetis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
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/monomer
yang akan membentuk makro molekul, maka disebut juga polymer. Polymer
terbentuk dari 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).
Polietilena berdensitas tinggi (High density polyethylene, HDPE) 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. Produksi HDPE
industri nasional selama Januari sampai September 2011 masing-masing adalah
sebesar 76,82 %, Produksi HDPE selama tiga kuartal pertama di 2011 adalah 242
ribu ton, dari kapasitas sebesar 315 ribu ton per tahun (Okezone.com, Januari 2012)..
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, 2009).
HDPE sangat tahan terhadap bahan kimia sehingga memiliki aplikasi yang
luas, diantaranya :
Sistem perpipaan transfer panas bumi
Sistem perpipaan gas alam
Pipa air
Pembungkus kabel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Gambar 2.2 Simbol recycle HDPE
(Sumber : www.kaskus.us, 2012)
Sifat-sifat plastik HDPE secara umum adalah tahan terhadap zat kimia
(misalkan minyak, deterjen), ketahanan impak cukup baik, memiliki ketahanan
terhadap suhu, tidak tahan terhadap sinar matahari dan plastik HDPE stabil terhadap
oksidasi udara (Corneliusse, 2002).
2.5 Karakteristik Komposit
Sifat-sifat komposit dapat diketahui dengan mengetahui kekuatan komposit
tersebut. Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda. Hal
itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara pengisi dan matrik. Ikatan
antar muka sangat penting karena antar muka filler – matriks berfungsi untuk
memindahkan beban dari matriks ke filler. 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.
Densitas merupakan indikator penting kemampuan suatu komposit. Hal ini
menggambarkan seluruh efek dari properti material. Rumus untuk menghitung
densitas (ASTM D-1037) :
Densitas (Kg/m3) =
volume
massa……........………….…………………...…. (2.1)
Komposit serat alam memiliki permasalahan yang perlu ditangani salah
satunya adalah pengaruh penyerapan air (Westman, 2010), dengan mengetahui
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
perilaku penyerapan air serta efeknya dapat diketahui seberapa besar degradasi
penurunan kekuatan komposit. Dengan cara menimbang spesimen secara berkala
hingga mencapai berat yang setimbang. Penyerapan kelembaban dinyatakan sebagai
prosentase berat berdasarkan rumus :
Persen berat penyerapan = )2.2........(%.........100ker
kerx
ingberat
ingberatberatbasah
Sifat komposit dapat dilihat juga dari kekuatan bending sehingga dapat
diketahui tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar
tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Akibat tegangan bending,
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. Kekuatan bending dapat
diketahui dengan mengacu ASTM D1037 dengan bentuk dan gambar spesimen
seperti pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Three point bending
b L
d
P
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Kekuatan bending ditentukan oleh MOR (Modulus of Rupture). Rumus untuk
menghitung MOR adalah :
MOR = 22
3
bd
PL …………………………………………….. (2.3)
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
Sifat komposit dapat dilihat juga dari kekuatan impaknya, sehingga dapat
diketahui kekuatan impak terbesar yang dapat diterima, dengan mengetahui kekuatan
impaknya komposit dapat diaplikasikan dalam kondisi yang masih aman sesuai besar
kekuatan impak yang dimiliki komposit tersebut. Untuk mengetahui kekuatan impak
komposit, terlebih dahulu dihitung energi yang diserap oleh komposit (W), yaitu
selisih energi potensial pendulum sebelum dan sesudah mengenai komposit.
Gambar 2.4 Sudut impak
(Sumber : modul panduan uji impak izod Lab.Pusat MIPA)
W =[w.R.(cosβ–cosα) ………………………………………..... (2.4)
dimana: w = berat pendulum (N)
= m . g
R = jarak dari pusat rotasi pendulum ke pusat massa (m)
β = sudut pantul lengan ayun
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
α = sudut naik awal lengan ayun
Bila pada 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).
Jadi, 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
Maka, perhitungan nilai kekuatan impak benda uji adalah sebagai berikut:
310
bh
WaiU 2m
J .………………………………………... (2.6)
dimana: h = ketebalan benda uji (m)
b = lebar benda uji (m)
Sifat komposit dapat dilihat juga dari kekuatan geser tekannya, sehingga dapat
diketahui kekuatan geser tekan terbesar yang dapat diterima komposit. Untuk
mengetahuinya kekuatan geser tekan dapat diketahui dengan bentuk dan gambar
spesimen seperti pada gambar 2.5.
P
Gambar 2.5 Pengujian geser tekan
(Sumber : ASTM D1037)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Perhitungan untuk menentukan kekuatan geser maksimum adalah:
τ .……………….……………...…………………………(2.7)
Dimana:
τ = tegangan geser maksimum, psi (Pa)
P = beban maksimum, lbf (N)
A = luas penampang spesimen, in2
(mm2)
2.6 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).
Pada 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. Jika
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 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
A
P
2
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
produk, antara lain kekuatan produk, kekerasan, keuletan, konduktifitas panas dan
listrik.
Gambar 2.6 Skema penyusutan pori selama proses sintering
(Sumber : German, 1994)
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).
2.6.1 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. 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
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.
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. Volume pencampuran serbuk yang optimal adalah antara 20-
40% dari volume tabung. Sedangkan untuk kecepatan putar tabung untuk
menghasilkan campuran yang optimum dapat dihitung dari persamaan berikut:
dNc
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)
d = diameter tabung (meter)
Untuk mendapatkan kecepatan putar yang optimum adalah sekitar 75% dari
kecepatan putar kritis (Nc).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
2.7 Potensi Sampah
Sampah memiliki arti material sisa yang tidak diinginkan setelah berakhirnya
suatu proses atau barang yang dibuang karena tidak terpakai lagi. Indonesia dengan
jumlah penduduk hingga 225 juta, setiap hari menghasilkan sampah yang mencapai
11,330 ton per hari. Jika jumlah sampah itu dihasilkan dalam satu tahun, maka
sampah mencapai 4.078.800 ton per tahun ( www.p-wec.org, 2012 ). Potensi sampah
plastik HDPE di Indonesia diperkirakan akan semakin meningkat, dikarenakan
semakin meningkatnnya konsumsi HDPE di sektor industri. Miyarso (2012)
mengatakan, pada tahun 2012 konsumsi HDPE nasional diperkirakan mengalami
kenaikan sekitar 7%-8%, ini terlihat dari produksi HDPE selama Januari sampai
September 2011 sebesar 76,82%. Selama tiga kuartal pertama di tahun 2011 sebesar
242 ribu ton, dari kapasitas sebesar 315 ribu ton (okezone.com, Januari 2012).
Besarnya potensi sampah di Indonesia dapat dimanfaatkan untuk pembuatan
komposit HDPE sampah organik, serta membantu mengurangi dampak permasalahan
lingkungan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 19
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. Daun
Diperoleh dari sampah-sampah daun disekitar kampus UNS.
b. Ranting pohon
Diperoleh dari sampah-sampah ranting pohon disekitar kampus UNS.
c. HDPE
Diperoleh dari Pengepul, Vanila Plastik, jl. Makam haji-Gawok. Km 3.6
Prampelan Waru, Baki, Sukoharjo.
d. Air Laut
Diperoleh dari Pantai Srau, Pacitan, Jawa Timur.
Dengan nilai pH 8,40.
Dengan nilai salinitas 121,4 mg/L.
e. Air Accu Zuur
Diperoleh dari Pabrik Air Accu Jaya Jago, Bekonang, Sukoharjo.
Dengan nilai pH <1.
Dengan kadar asam sulfat 122,7 mg/L.
f. Air Detergen
Diperoleh dengan mencampur 1 liter air destilasi dan 5,6 gram detergen.
Dengan nilai pH 10,9.
Dengan nilai kesadahan sebesar 232 mg/L
g. Air Destilasi
Diperoleh dari Toko Bahan Kimia Bratachem, jl. Yosodipuro No. 66, Solo.
Dengan nilai pH 5,73.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
(a) (b) (c)
(d) (e)
(f) (g)
Gambar 3.1 Bahan penelitian : (a) Daun; (b) Ranting; (c) HDPE;
(d) Air Laut; (e) Air Accu Zuur; (f) Air Detergen; (g) Air Destilasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
3.3 Alat Penelitian
Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data antara
lain adalah :
a. Alat pres
b. 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.
c. 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
d. Thermometer digital
Thermometer digital digunakan untuk mengetahui suhu pada saat dilakukan
pembuatan sesimen maupun pada saat perlakuan pada spesimen.
e. Crusher (Pemecah/Penggiling)
Crusher digunakan untuk mengiling HDPE, ranting dan daun sebelum
disaring menggunakan mesh.
f. Timer
Timer digunakan untuk mengetahui atau membatasi lamanya proses sintering.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Gambar 3.2 Alat Penelitian : (a) Alat pres; (b) Mesh; (c) Timbangan digital;
(d) Thermometer digital; (e) Crusher: (f) Timer
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
3.4 Alat Pengujian
a. Universal Testing Machine (UTM)
Alat ini digunakan untuk pengujian bending, dan 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.
(a) (b)
(c)
Gambar 3.3 Alat Penelitian : (a) UTM; (b) Impact izod; (c) SEM
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
3.5 Parameter
Dalam penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah:
a. Suhu sintering 120ºC.
b. Tekanan 8,7 kPa
c. Waktu sintering 10 menit
d. Ukuran mesh bahan adalah:
Serbuk HDPE = mesh 30-40
Sampah organik = mesh 6-10
e. Fraksi volume HDPE = 0.3
f. Sampah organik terdiri dari ranting pohon dan daun kering dengan
perbandingan masing-masing ranting : daun adalah 1/ 1.
g. Waktu perendaman 504 jam (21 hari).
Parameter yang dirubah adalah media perendaman : tanpa perendaman, air laut,
air accu zuur, air detergen, dan air destilasi.
3.6 Langkah Kerja Penelitian
Persiapan Bahan Dasar
Proses penyiapan bahan dasar adalah dengan pengumpulan plastik jenis
HDPE yang diperoleh dari pengepul, Vanila Plastik, jl. Makam haji-Gawok. Km 3.6
Prampelan Waru, Baki, Sukoharjo. Sedangkan sampah organik yang dipakai berasal
dari lingkungan sekitar kampus UNS, bahan-bahan tersebut kemudian dibersihkan
dari kotoran.
Perlakuan Awal
Perlakuan awal bahan dilakukan dengan cara penjemuran HDPE dan sampah
organik dengan memanfaatkan sinar matahari.
Crushing
Pembuatan bahan dasar komposit menjadi serbuk dilakukan dengan proses
crushing. Proses crushing menggunakan mesin crusher.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Tahap Penyaringan
Pemilihan ukuran serbuk HDPE dilakukan dengan cara penyaringan, 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.
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 sebesar 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.
Pembuatan Spesimen
Spesimen dibuat dengan metode pressured sintering. Pressured sintering
adalah suatu metode yang mengaplikasikan proses kompaksi dan sintering. Sintering
dimaksudkan untuk membentuk ikatan antar partikel serbuk dengan menggunakan
energi thermal pada suhu di bawah titik leleh material, dalam hal ini adalah HDPE.
Sintering dilakukan di dalam cetakan dengan lingkungan udara bebas. Suhu sintering
yang dipakai adalah 120 o
C, sedangkan penahanan sintering dilakukan dengan
tekanan yaitu 8.7 kPa, dan waktu sintering 10 menit.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
Pengukuran Densitas
Pengukuran densitas digunakan untuk memprediksikan sifat mekanik
komposi, dengan mengacu pada ASTM D-1037. Dimensi spesimen mengacu pada
pengujian yang akan dilakukan.
Tahap Perendaman
Sebelum dilakukan pengujian mekanik spesimen terlebih dahulu mendapatkan
perlakuan water absorption mengacu ASTM (D5229) dengan waktu perendaman 504
jam (21 hari), dengan variasi media perendaman yaitu : tanpa perendaman,
perendaman dalam air laut, perendaman dalam air accu zuur, perendaman dalam air
detergen, dan perendaman dalam air destilasi. Dimensi spesimen mengacu pada
pengujian yang akan dilakukan.
Tahap pengujian
Pengujian spesimen yang dilakukan adalah:
a. Pengujian Bending
Pengujian bending mengacu pada ASTM D1037, dengan ukuran spesimen
seperti terlihat pada gambar 3.4 :
Gambar 3.4. Dimensi Spesimen bending (satuan dalam milimeter).
b. Pengujian Impact
Pengujian Impact mengacu pada ASTM D5941 dengan ukuran spesimen
seperti terlihat pada gambar 3.5 :
50
194 6
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
7 50.8
Gambar 3.5. Dimensi Spesimen Impact (satuan dalam milimeter).
c. Pengujian Geser Tekan
Pengujian geser tekan mengacu pada ASTM D1037, dengan ukuran
spesimen seperti terlihat pada gambar 3.6 :
Gambar 3.6. Dimensi Spesimen geser tekan (satuan dalam milimeter)
Pengolahan Data
Dari data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu
dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya kekuatan bending, kekutan impak
dan geser tekan dari komposit HDPE - ranting - daun. Data hasil pengujian
selanjutnya dapat disusun menjadi grafik hubungan antara variasi media perendaman
terhadap kekuatan bending, kekuatan impak dan kekuatan geser tekan. Grafik
digunakan untuk melihat pengaruh media perendaman terhadap degradasi penurunan
kekuatan mekanik komposit HDPE - ranting - daun.
4 80
10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
3.7 Diagram Alir Penelitian
Secara umum proses penelitian ini dapat dilihat dalam diagram alir sebagai
berikut:
Gambar 3.8. Bagan tata cara penelitian
Perlakuan awal
Perlakuan awal
Ranting dan daun
SEM
Mulai
Kesimpulan
Mixing serbuk ranting, daun, dan HDPE pada
N= 75rpm, fraksi volume HDPE= 0.3
Penyaringan dengan
mesh 6-10
Crushing
Selesai
HDPE
Crushing
Penyaringan dengan
mesh 30-40
Pengujian
Bending (ASTM D1037), Geser Tekan (ASTM D1037), Impact (ASTM D5941)
Pembuatan Spesimen
Metode Pressured Sintering dengan P=8.7 kPa, T=120ºC,
waktu 10 menit.
Mlai
Perendaman
Waktu perendaman 504 jam (ASTM D5229). Dengan variasi media
perendaman: tanpa perendaman, air laut, air accu zuur, air detergen, air destilasi
Pengukuran Densitas
Pengolahan Data
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
3.8 Jadwal 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
30
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
Dalam penelitian ini dilakukan beberapa pengujian untuk mengetahui
karakteristik mekanik komposit HDPE-Sampah organik dibawah variasi media
perendaman. Pengujian yang dilakukan antara lain pengukuran densitas, water
absorption, bending, geser tekan, dan impact.
4.1 Pengukuran Densitas Komposit HDPE-Sampah organik
Tabel hasil pengukuran densitas komposit HDPE-Sampah organik variasi
media perendaman dapat dilihat 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
1 194,04 50,16 6,17 27,13 60052,90 451,83
2 194,04 50,15 6,17 27,13 60040,92 451,86
3 194,03 50,14 6,12 26,90 59539,42 451,80
4 195,08 50,17 6,18 27,33 60484,67 451,85
5 194,09 50,16 6,19 27,23 60263,08 451,85
Rata -rata 451,84
Hasil pengukuran densitas menunjukkan nilai densitas yang relatif sama.
Hal ini menunjukkan keseragaman selama proses pembuatan spesimen dengan
metode pressured sintering. Setiap variasi pengujian tidak melampaui standar
deviasi 10 %, sehingga sudah memenuhi standar penelitian. Nilai rata-rata
densitas komposit HDPE-sampah organik adalah 151,84 ⁄ .
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
4.2 Pengaruh Media Perendaman Terhadap Water Absorption
Grafik hasil pengukuran water absorption spesimen bending komposit
HDPE-Sampah organik dalam variasi media perendaman dapat dilihat pada
Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Pengaruh media perendaman terhadap water absorption komposit
HDPE-sampah organik
Nilai maksimum water absorption selama perendaman 504 jam diberbagai
media menunjukkan perbedaan namun tidak begitu siknifikan. Perendaman
didalam air destilasi didapatkan nilai 128,46%, air detergen sebesar 129,38%, air
laut sebesar 131,79%, namun pada perendaman didalam air accu zuur
menunjukkan kenaikan yang lebih besar dari pada spesimen yang direndam dalam
media lain yaitu sebesar 132,63%. Air accu zuur adalah larutan yang terbuat dari
campuran asam sulfat (H2SO4) dan air destilasi, kandungan asam ini yang
menyebabkan kerusakan bahan organik (daun dan ranting) terutama daun yang
paling besar selama proses perendaman dibandingkan media perendaman yang
lain. Semakin besar kerusakan yang terjadi membuat ikatan antarmuka melemah
dan menciptakan pori yang lebih banyak, dengan seiring pertambahan pori air
yang diserap juga semakin banyak karena semakin banyak air yang terjebak
didalamnya.
128,46 129,38 131,79 132,63
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Wa
ter
Ab
so
rpti
on
(%
)
Media Perendaman
air destilasi air detergen air laut air aki zuur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
4.3. Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Bending
Kekuatan bending komposit dapat diketahui setelah dilakukan pengujian
bending dengan menggunakan Universal Testing Machine dengan metode three
point bending. Hasil pengujian bending dapat dilihat pada gambar 4.2.
Gambar 4.2. Pengaruh media perendaman terhadap kekuatan bending
komposit HDPE-sampah organik.
Secara keseluruhan nilai kekuatan bending spesimen yang direndam
mengalami penurunan dibandingkan spesimen yang tidak mendapatkan perlakuan
perendaman. Nilai kekuatan bending spesimen tanpa perlakuan perendaman
sebesar 4,30 MPa, nilai kekuatan bending setelah direndam dalam air destilasi
mengalami penurunan 38,29% dengan nilai kekuatan bending sebesar 2,64 MPa.
Spesimen yang direndam dalam media air detergen mengalami penurunan 46,74%
dengan nilai kekuatan bending sebesar 2,34 MPa, didalam air laut mengalami
penurunan 55,48% dengan nilai kekuatan bending sebesar 1,91 MPa. Penurunan
kekuatan bending terbesar terdapat pada spesimen yang direndam dalam air accu
zuur sebesar 62,33% dengan nilai kekuatan bending sebesar 1,61 Mpa.
Spesimen yang direndam mengalami penurunan kekuatan dibandingkan
dengan spesimen yang tidak direndam. Hal ini disebabkan selama proses
perendaman terjadi kerusakan bahan organik terutama daun, sehingga
melemahkan ikatan antarmuka HDPE-sampah organik (debonding) yang akan
mempengaruhi ukuran pori semakin besar dan banyak. Tingkat kerusakan ikatan
antarmuka ini dipengaruhi oleh media perendaman, penurunan terbesar dialami
oleh spesimen yang direndam dalam air accu zuur. Kandungan asam sulfat yang
4,30
2.64 2,34
1.91 1.61
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Ke
kuat
an B
en
din
g (M
Pa)
Media Perendaman
tnp perendaman air destilasi air detergen air laut air aki zuur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
tinggi dalam air accu zuur adalah penyebab kerusakan terbesar ikatan antarmuka
HDPE-Sampah organik (debonding), sehingga menciptakan pori yang semakin
besar. Nilai kekuatan bending dipengaruhi oleh pori, karena pori merupakan
tempat awal terjadinya retakan (initial crack). Fakta ini terlihat pada gambar 4.3
merupakan gambar penampang patah bending, dapat dilihat dengan pengamatan
menggunakan foto SEM berikut:
(a) (b)
(c) (d)
(e)
Gambar 4.3 Pengamatan patah bending : (a) tanpa perendaman; (b) air
destilasi; (c) air detergen; (d) air laut; (e) air accu zuur.
HDPE
Daun
Ranting
HDPE
Daun
Ranting
Ranting
Ikatan antarmuka
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
4.4 Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Geser Tekan
Kekuatan geser tekan komposit dapat diketahui setelah dilakukan
pengujian geser tekan dengan menggunakan Universal Testing Machine. Hasil
pengujian geser tekan dapat dilihat pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4. Pengaruh media perendaman terhadap kekuatan geser tekan
komposit HDPE-sampah organik
Didalam pengujian geser tekan didapatkan hasil yang menunjukkan
penurunan dibandingkan spesimen tanpa perlakuan perendaman, nilai penurunan
kekuatan berbeda-beda berdasarkan media perendaman. Nilai kekuatan geser
tekan pada perendaman didalam air destilasi dan air detergen menunjukkan
perbedaan yang cukup sedikit, namun nilai perendaman pada air laut dan air accu
zuur mengalami penurunan yang cukup signifikan. Nilai pada air laut mengalami
penurunan 59,56% dengan nilai kekuatan sebesar 0,18 MPa, dan penurunan pada
air accu zuur sebesar 73,18% dengan nilai kekuatan sebesar 0,11 MPa. Hal ini
menunjukkan selama proses perendaman terjadi kerusakan ikatan antarmuka
HDPE-Sampah organik yang menyebabkan luasan ikatan antarmuka HDPE-
Sampah organik semakin mengecil sehingga menurunkan kekuatan geser
tekannya.
0.44
0.28 0.27
0.18
0.11
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Keku
ata
n G
eserT
ekan
(M
Pa)
Media Perendaman
tanpa perendaman air destilasi air detergen air laut air aki zuur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
Gambar 4.5. Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik
setelah pengujian geser tekan.
4.3 Pengaruh Media Perendaman Terhadap Kekuatan Impact
Kekuatan impact komposit dapat diketahui setelah dilakukan pengujian
impact. Pengujian impact dilakukan dengan menggunakan alat impact izod. grafik
nilai impact komposit HDPE-sampah organik dapat dilihat pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6. Pengaruh media perendaman terhadap kekuatan impact
komposit HDPE-sampah organik.
5.16
3.40 3.02
2.66 2.06
0
1
2
3
4
5
6
Imp
ac
t (
KJ/m
2)
Media Perendaman
tanpa perendaman air destilasi air detergen air laut air aki zuur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Gambar 4.6 menunjukkan pengaruh variasi media perendaman terhadap
penurunan kekuatan impact komposit HDPE-sampah organik. Penurunan
kekuatan impak yang terjadi cukup signifikan, penurunan terbesar terjadi pada
spesimen air accu zuur sebesar 60,07% dengan nilai 2.06 KJ/m2. Besar kerusakan
ikatan antarmuka HDPE-Sampah organik mempengaruhi pori semakin besar dan
banyak. Hal ini akan menurunkan kemampuan spesimen untuk menahan energi
atau beban kejut, sehingga kekuatan impact komposit menurun.
Gambar 4.7. Spesimen uji komposit HDPE-Sampah organik
setelah pengujian impact.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
1.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil yang diperoleh dari analisa data, maka dapat
disimpulkan sebagai berikut :
a. Hasil penelitian variasi media perendaman merusak ikatan antarmuka
komposit HDPE-sampah organik, yang menurunkan kekuatan mekanik
komposit HDPE-Sampah organik dibandingkan dengan spesimen yang
tidak direndam.
b. Perendaman dalam air accu zuur mengalami penurunan kekuatan
bending, geser tekan dan impact paling tinggi, diikuti perendaman
dalam air laut, air detergen, dan air destilasi.
1.2. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengenai variasi media
perendaman terhadap karakteristik mekanik komposit HDPE-Sampah organik,
penulis menyarankan :
a. Dilakukan pengujian semua kandungan kimia yang terkandung dalam
larutan yang dipakai sebagai media perendaman.
b. Pengamatan Diffusion Coefficient water absorption untuk mengetahui
perilaku penyerapan air setiap 24 jam.