PENGARUH VARIASI JARAK ANY AMAN SERAT CANTULA … · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...
Transcript of PENGARUH VARIASI JARAK ANY AMAN SERAT CANTULA … · perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGATERHA
KEKK
FAKU
ARUH VAADAP SIFAKERASANKOMPOS
ULTAS T
RIASI JAAT MEKAN) DAN KIT SEME
Diajukan SUntuk
S
EKN
JURUSATEKNIK U
SU
i
ARAK ANYANIK (TA
KONDUKTEN SERBU
SKRIPSI
Sebagai Salahk MemperoleSarjana Tekn
Oleh :
KO PURWANIM I14040
AN TEKNIUNIVERSURAKAR
2011
YAMAN ARIK PATIVITAS UK AREN
h Satu Syaraeh Gelar nik
ANTO 015
IK MESINSITAS SEBRTA
SERAT CAKU, TEK
PANAS PN–CANTUL
at
N BELAS M
CANTULAKAN, DAN
PADA LA
MARET
A N
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
PENGARUH VARIASI JARAK ANYAMAN SERAT CANTULA TERHADAP SIFAT MEKANIK (TARIK PAKU, TEKAN, DAN KEKERASAN) DAN
KONDUKTIVITAS PANAS PADA KOMPOSIT SEMEN - SERBUK AREN–CANTULA
Disusun oleh
Eko Purwanto NIM I 1404015
Dosen Pembimbing I
Dody Ariawan, ST, MT. NIP. 197308041999031003
Pembimbing II
Ir. Wijang WR,MT. NIP 196810041999031002
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari tanggal
1. Didik Djoko Susilo, ST, MT. ……………………………... NIP. 197203131997021001 2. Teguh Triyono, ST ……………………………... NIP. 197104301998021001 3. Purwadi Joko Widodo, ST, M. KOM. ...............................................
NIP. 197301261997021001
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Didik Djoko Susilo, ST, MT. NIP. 197203131997021001
Koordinator Tugas Akhir
Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT NIP. 19720229 2000121 001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
MOTTO
“Bacalah dengan nama Tuhanmu yang menciptakan. Dia telah menciptakan manusia dari segumpal darah. Bacalah dan Tuhanmulah yang Maha Pemurah. Yang mengajar dengan Qalam. Dialah yang mengajar manusia dari segala yang belum diketahui” (Q.S Al-‘Alaq 1-5).
“Barang siapa menuntut ilmu, maka Allah akan memudahkan baginya jalan menuju surga. Dan tidaklah berkumpul suatu kaum di salah satudari rumah-rumah Allah, mereka membaca kitabullah dan saling mengajarkannya di antara mereka, kecuali akan turun kepada mereka ketenangan, diliputi dengan rahmah, dikelilingi oleh para malaikat, dan Allah akan menyebut-nyebut mereka kepada siapa saja yang ada di sisi-Nya. Barang siapa berlambat-lambat dalam amalannya, niscaya tidak akan bisa dipercepat akan hisabnya” (H.R Muslim)
Apa yang kita dapat tidak lebih dari apa yang kita usahakan, selebihnya
merupakan diluar kekuasaan kita dan merupakan sebuah karunia dariNYA.
Tidak ada yang tidak mungkin.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
PERSEMBAHAN
Karya sederhana ini dipersembahkan untuk :
Ibu, Bapak, yang selalu mendoakan dan keiklasanya juga
kesabaran dalam menanti ananda menyelesaikan study.
Simbah, kakak-kakakku yang selalu memberikan motifasi
untuk selalu berusaha.
Adek – adekku yang selalu ngangeni.
Seluruh Dosen-Dosen dan mahasiswa Teknik Mesin, bantuan,
inspirasi dan dukungannya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
KATA PENGANTAR
Dengan mengucap rasa syukur alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah serta inayah-Nya kepada Penulis, sehingga Penulis
dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “PENGARUH VARIASI JARAK
ANYAMAN SERAT CANTULA TERHADAP SIFAT MEKANIK (TARIK
PAKU, TEKAN, DAN KEKERASAN) DAN KONDUKTIVITAS PANAS
PADA KOMPOSIT SEMEN - SERBUK AREN–CANTULA”.
Skripsi ini disusun untuk diajukan sebagai syarat guna memperoleh gelar
Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Penulis menyadari atas keterbatasan kemampuan yang dimiliki, sehingga
Penulis juga menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna.
Oleh karena itu dengan kerendahan hati Penulis mengharap kritik dan saran guna
mengoreksi dan memperbaiki atas kekurangan yang ada sehingga didapat hasil yang
lebih baik. Dengan berbagai keterbatasan itulah, maka Penulis menyadari bahwa
skripsi ini bukan semata-mata disusun berdasarkan kemampuan Penulis sendiri,
melainkan karena mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga penyusunan ini
dapat terselesaikan dengan baik, sehingga pada kesempatan kali ini dengan segala
ketulusan hati dan kerendahan hati penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih
kepada :
1. Bapak Dody Ariawan, ST, MT., selaku Pembimbing Skripsi I yang telah
banyak memberikan bimbingan, dorongan dan masukan yang berharga.
2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT., selaku Pembimbing Skripsi II yang juga
banyak memberikan bimbingan, dorongan dan masukan.
3. Bapak Didik Djoko Susilo ST, MT. selaku selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNS .
4. Bapak Wahyu, ST, MT., selaku Koordinator Skripsi Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNS.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
5. Bapak dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNS yang telah banyak
menularkan ilmunya.
6. Ibu, Bapak, eyang, adik dan kakakku yang selalu menyayangi, memotivasi dan
selalu mendoakanku.
7. Teman-teman tim komposit Danang Wijayanto(Gembrok), Dwi Masruri(Blink)
dan Ngadiman(Iman) atas bantuan dan masukannya.
8. Yogik Dwi Mustopo, Daryono, Marlon Marlindo, Agus Winoto, serta teman-
teman mahasiswa Teknik Mesin UNS, maju terus pantang mundur.
9. Rekan-rekan Kost Griya Nuansa, yang selalu gaduh dan bikin onar (ayo ndang
dirampungke, selak tuwo).
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas segala bantuannya
pada penulisan skripsi ini.
Surakarta, Juli 2011
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL......................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN........................................................................... ii MOTTO DAN PERSEMBAHAN..................................................................... iii ABSTRAK ........................................................................................................ iv KATA PENGANTAR ...................................................................................... v DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ x DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah .............................................................................. 3 1.3. Batasan Masalah ................................................................................ 3 1.4. Tujuan dan Manfaat ........................................................................... 3 1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................ 3
BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 5 2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................ 5 2.2. Dasar Teori ........................................................................................ 6 2.3. Komponen Penyusun Komposit ......... .............................................. 10
2.3.1 Semen ......... ......................................................................... 10 2.3.2 Serat.................................................................................... .. 12 2.3.3 Air........................................................................................ . 14 2.3.4 Additive................................................................................. 15
2.4. Fraksi Berat Komposit....................................................................... 16 2.5. Sifat Fisik dan mekanik..................................................................... 16
BAB III METODE PENELITIAN..................................................................... 21 3.1. Tempat Penelitan .............................................................................. 21 3.2. Bahan Penelitian ............................................................................... 21 3.3. Alat Penelitan ................................................................................... 21 3.4. Parameter .......................................................................................... 22 3.5. Prosedur Penelitan ............................................................................. 22 3.6. Teknik Analisis Data......................................................................... . 26 3.7. Penyimpulan Hasil Penelitian ............................................................ 27 3.8. Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 28
BAB IV HASIL DAN ANALISIS.................................................................... . 29 4.1. Pengaruh jarak ayaman serat cantula terhadap gaya tarik paku....... 29 4.2. Pengaruh Jarak Anyaman Terhadap Kekuatan Tekan Komposit..... 31 4.3. Pengaruh Jarak Anyaman Terhadap Kekerasan Pada Komposit...... 32 4.4. Pengaruh Jarak Anyaman Terhadap konduktivitas panas Komposit. 33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
BAB V KESIMPULAN ..................................................................................... 35 5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 35 5.2. Saran .................................................................................................. 35
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 37 LAMPIRAN ....................................................................................................... 40
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR TABEL
Tabel. 2.1. Susunan unsur semen Portland biasa…………………………………... 11 Tabel. 2.2. Komposisi serat cantula……………………………………………………… 13 Tabel. 4.1. Gaya tarik paku………………………………………………………… 29 Tabel. 4.2. Nilai Konduktivitas Panas……………………………………………… 34
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Ikatan pada komposit ................................................................. …….. 7 Gambar 2.2. Continous fiber composie ……………………………………… . …….. 8 Gambar 2.3. Woven fiber composite .................................................................. …….. 8 Gambar 2.4. Anyaman 2D dan 3D .................................................................. …….. 8 Gambar 2.5. Chopped fiber composite ............................................................... …….. 9 Gambar 2.6. Hybrid composite .......................................................................... …….. 9 Gambar 2.7. Particulate Composites ……………………………………….............. 9 Gambar 2.8. Laminated Composites …………………............................................... 10 Gambar 2.9. Skema uji tarik paku …………………………………………………. 17 Gambar 2.10. Skema pengujian tekan ……………………………………………... 18 Gambar 2.11. Skema pengujian kekerasan brinell ………………………………… 19 Gambar 2.12. Distribusi temperature T(x) dan aliran panas oleh konduksi melalui
sebuah slab……………………………………………………………. 20
Gambar 3.1. Dimensi sepesimen uji tarik paku.......................................................... 25 Gambar 3.2. Dimensi spesimen uji tekan ………….................................................. 25 Gambar 3.3. Dimensi spesimen kekerasan brinell...................................................... 25 Gambar 3.4. Skema pengujian perpindahan panas .................................................... 26 Gambar 3.5. Dimensi spesimen uji konduktivitas panas …………........................... 26 Gambar 3.6. Diagram alir penelitian.......................................................................... 28 Gambar 4.1. Grafik hubungan jarak anyaman dengan gaya tarik paku............................ 29 Gambar 4.2. Nilai gaya tarik paku beberapa material.......................................................... 30 Gambar 4.3. Grafik hubungan jarak anyaman serat cantula terhadapkekuatan tekan.......... 31 Gambar 4.4. Grafik hubungan jarak anyaman terhadap kekerasan brinell........................... 32 Gambar 4.5. Grafik hubungan jarak anyaman serat cantula terhadapKonduktivitas
Panas............................................................................................................... 33
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1: Data Uji Tarik Paku ..................................................................... 35 Lampiran 2: Data Uji Kekuatan Tekan ............................................................ 36 Lampiran 3: Data Uji Kekerasan...................................................................... 37 Lampiran 4: Data Uji Konduktivitas Panas ..................................................... 38
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
ABSTRAK
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi jarak
anyaman serat cantula terhadap gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan, dan
konduktivitas panas pada komposit semen serbuk aren cantula.
Komposit terdiri dari semen dan serbuk aren sebagai matrik, serat cantula
sebagai penguat dan CaCl2 sebagai additive. Proses pembuatan komposit
menggunakan metode tekan, dengan jarak anyaman serat cantula (1cm, 1,5cm, 2cm,
2,5cm). Pengujian tarik paku, kekuatan tekan, dan kekerasan mengacu pada ASTM D
1037, sedangkan pengujian konduktivitas panas pada ASTM E 1225.
Hasil pengujian menunjukkan nilai gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan
dan konduktivitas panas meningkat seiring dengan bertambahnya jarak anyaman serat
cantula. Gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan dan konduktivitas panas
mencapai nilai tertinggi pada jarak anyaman 2,5 cm, berturut-turut sebesar 261,4 N,
69,03 MPa, 14,63 BHN, dan 0,253 W/m.0K.
Kata kunci : komposit semen, gaya tarik paku, konduktivitas panas, aren, cantula
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
ABSTRACT
The aim of this research was to investigate the distance effect of cantula fiber
woven on nail withdrawal, compression strength, hardness and the thermal
conductivity of cement arenga pinnata-cantula composite.
The composites consist of cement and arenga pinnata as the matrix, cantula
fiber as reinforcement and CaCl2 as the additive. Composite manufacturing process
was using press method, and the distance of cantula fiber woven were 1 cm, 1,5 cm, 2
cm, and 2,5 cm. Nail withdrawal test, compression strength, and hardness test refers
to ASTM D 1037. And thermal conductivity test accord to ASTM E 1225.
It was observed that increasing distance of cantula fiber woven would
increased the value of nail withdrawal, compression strength, hardness and thermal
conductivity. The maximum value of nail withdrawal, compression strength,
hardness, and thermal conductivity reached at 2,5 cm, where nail withdrawal is
261,4N, compression strength is 69,03 MPa, hardness is 14,63 BHN, and thermal
conductivity is 0.253 W/m.0K.
Key words: cement composite, nail withdrawal, thermal conductivity, arenga pinnata,
cantula
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sepanjang tahun 2009 industri kayu Indonesia belum menggembirakan,
terutama terkait dengan pasokan bahan baku yang semakin menurun. Berdasarkan
data Masyarakat Perkayuan Indonesia (MPI), selama 8 tahun terakhir hingga
2008, sebanyak 105 industri kayu lapis di Indonesia bangkrut yang disebabkan
tidak adanya permintaan ekspor dan bahan baku dari hutan yang semakin menipis.
Akibatnya 300.000 pekerjanya kehilangan pekerjaan. Pengusaha Panel Kayu
Indonesia (Apkindo) Abbas Adhar mengatakan “nilai ekspor panel kayu nasional
hingga akhir 2009 tercatat USS 839.000, turun tajam dibandingkan dengan nilai
ekspor 2008 sebesar US$1,3 miliar”. Menurut Abbas, volume produksi kayu
panel 2009 tercatat 2,1 juta m3, sedangkan jumlah produksi kayu panel 2008
mencapai 2,9 juta m3 (Sihombing, 2009).
Aren (Arenga Pinnata) merupakan tanaman serba guna. Tanaman palma
daerah tropis basah ini beradaptasi dengan baik pada berbagai agroklimat, mulai
dari dataran rendah hingga daerah berketinggian 1400 m di atas permukaan laut.
Dalam industri pembuatan papan semen, dibutuhkan material penguat yang
mempunyai sifat kekuatan yang tinggi, elastis dan diameter serat seragam. Serat
aren berbeda dengan serat kayu, serat aren bersifat elastis, jaringan formasinya
tampak lebih homogen. Dalam hal ini serat aren memenuhi kriteria di atas.
(Astuti, 2006).
Serat cantula adalah serat alam yang berasal dari ekstraksi daun tanaman
Agave Cantula Roxb. Tanaman ini banyak tumbuh di daerah Kulonprogo, DIY
sampai dengan Temanggung, Jawa Tengah. Serat cantula berdasarkan hasil
penelitian Badan Penelitian dan Pengembangan Industri Departemen
Perindustrian Yogyakarta, mempunyai kandungan selulose sekitar 64,23%,
sehingga berpotensi sebagai bahan penguat komposit (Raharjo, 2003).
Ganjian E, dkk, (2010) Dalam penelitiannya mengungkapkan bahwa lebih
dari dua dekade Cement Composite Boards (CCB) yang terbuat dari serat alam
tanpa asbestos telah dikembangkan di beberapa negara berkembang untuk dinding
internal maupun eksternal, atap, lantai dan juga langit-langit. Penggunaan serat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
alam yang tepat memungkinkan pengembangan produk baru dengan teknologi
baru. Semuanya tergantung pada tipe serat yang digunakan, jumlah rasio
pencampuran, penambahan additive, dan juga metode proses dan pembuatan.
Selulosa yang terkandung dalam serat alam memiliki efek yang menguntungkan
baik secara fisik maupun mekanik.
D’Almeida, dkk (2008) melakukan penelitian tentang penggunaan serat
curaua sebagai penguat dalam komposit semen. Campuran matrik terdiri dari
semen , pasir dan air yang mempunyai perbandingan semen: pasir: air sebesar 1:
1: 0,4. Material semen dan pasir dicampur bersama dalam keadaan kering selama
30 detik sementara aditif superplasticizer dilarutkan dalam air. Semua bahan
kemudian diampur jadi satu dan diaduk selama 3 menit agar campuran homogen.
Pada proses pencetakan, matrik dituang dalam cetakan baja, satu lapis anyaman
serat unidirectional. Kemudian cetakan ditutup dengan diberi tekanan 0 dan 3
Mpa.
Sandi, dkk, (2008) melakukan penelitian tentang pengaruh penambahan
anyaman serat bambu dengan variasi jarak anyaman yaitu (5 mm, 10 mm, 15 mm,
20 mm, dan 25 mm) terhadap kuat tekan, lentur dan tarik papan partikel. Matrik
terdiri dari serbuk gergaji kayu sengon dan menggunakan perekat urea
formaldehyde sebaanyak 15% sebagai variabel kontrol. Nilai tarik papan partikel
yang diteliti masuk dalam klasifikasi papan partikel tipe rendah, dan nilai kuat
tekan papan partikel, masuk dalam klasifikasi papan partikel tipe sedang.
Sedangkan nilai kuat lentur dan tarik menurun seiring bertambahya jarak
anyaman.
Paku merupakan pengikat mekanik yang paling banyak digunakan pada
konstruksi kayu, gaya tarik paku pada setiap kayu akan berbeda bergantung pada
densitas kayu, diameter paku dan kedalaman penetrasi paku pada kayu (Gilbert,
2007).
Pada penelitian kali ini serat yang digunakan adalah serat cantula sebagai
serat panjang dan serbuk aren sebagai filler yaitu hasil limbah produksi tepung
aren sebagai material pembuatan komposit dengan pertimbangan bahwa serat
mempunyai sifat elastis, diameter yang seragam, dan relatif murah. Penelitian
tentang komposit semen ini diharapkan akan melengkapi kekurangan dari material
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
yang sudah ada. Jika penelitian ini berhasil, maka akan didapatkan sifat komposit
semen-serat yang optimal sebagai pengganti kayu
1.2. Rumusan Masalah
Dari uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut
bagaimana pengaruh variasi jarak anyaman serat cantula pada komposit semen
CaCl2 serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadap karakteristik sifat mekanik (gaya
tarik paku, kekuatan tekan, dan kekerasan) dan fisiknya konduktivitas panas.
1.3. Batasan Masalah
Sesuai dengan tujuan penelitian dan lebih memudahan dalam penelitian
maka perlu adanya batasan-batasan masalah sebahgai berikut :
1. Penelitian ini hanya mengkaji karakteristik komposit semen serbuk aren
berupa gaya tarik paku, kekuatan tekan, kekerasan dan sifat fisik yaitu
konduktivitas panas.
2. Matrik komposit dianggap homogen.
3. Diameter cantula dianggap homogen.
1.4. Tujuan dan Manfaat
Tujuan utama dari penelitan ini adalah :
Meneliti pengaruh jarak anyaman serat cantula pada komposit semen-
serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadap gaya tarik paku, kekuatan tekan,
kekerasan dan konduktivitas panas.
Manfaat Penelitian :
1. Dapat mengetahui pengaruh jarak anyaman serat cantula pada komposit
semen-serbuk aren (Arenga Pinnata) terhadap gaya trik paku, kekuatan
tekan, kekerasan, dan konduktivitas panas.
2. Sebagai salah satu alternatif mengurangi dampak lingkungan yang
disebabkan limbah serat aren yang tidak termanfaatkan, untuk bahan
baku pembuatan hardboard atau bahan pengganti kayu.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
BAB I : Pendahuluan, berisi latar belakang masalah, tujuan dan manfaat
penelitian, perumusan masalah, batasan masalah serta sistematika
penulisan.
BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan
penelitian dan teori-teori yang berhubungan dengan komposit
semen-aren.
BAB III : Metodologi penelitian, berisi peralatan yang digunakan, langkah-
langkah percobaan dan prosedur pengujian.
BAB IV : Data dan analisa, berisi data hasil pengujian, perhitungan data
hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.
BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dari penelitian dan saran-saran
bagi peneliti selanjutnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Material komposit dalam bentuk komposit panel telah banyak digunakan
untuk berbagai aplikasi sruktural maupun non struktural, seperti untuk furniture
dan struktur pada gedung ( Youngquist, dkk, 1997). Serat alam sebagai filler
komposit polimer mulai banyak digunakan sebagai pengganti filler sintetik dalam
kehidupan sehari – hari, mengingat serat alam ini mempunyai banyak kelebihan
dibanding serat buatan. Kelebihan-kelebihan utama menggunakan serat alam
sebagai filler yaitu densitasnya rendah, mudah diuraikan alam, sehingga
menghasilkan sifat kekakuan yang tinggi, tidak mudah patah, jenis dan variasinya
banyak hemat energi dan murah (Rowell, dkk, 1997).
Joseph dkk (2000) melakukaan penelitian tentang pengaruh ukuran serbuk,
perbandingan berat semen dan densitas pada komposit semen serbuk kelapa dan
durian terhadap konduktivitas panas. Hasil pengujian spesimen menunjukan
semakin besar ukuran serbuk nilai konduktivitas panas semakin menurun dan
semakin banyak jumlah semen yang terdapat pada komposit nilai konduktivitas
semakin meningkat. Pada perbandingan konduktivitas panas terhadap nilai
densitas komposit, nilai konduktivitas panas meningkat seiring bertambahnya
nilai densitas. Dari penelitian ini disimpulkan, semakin banyak jumlah rongga
yang terdapat pada spesimen maka nilai konduktivitas panas semakin rendah.
Besarnya nilai konduktivitas panas spesimen dipengaruhi oleh densitas dari
spesimen itu sendiri.
Stobbe D dan Mohamed M, (2003) melakukan penelitian lamina yang
dibuat dari anyaman serat (mats) 3D memiliki kekuatan serta kakakuan desak,
tarik, lengkung yang baik. Keuntungan dari material komposit yang dibuat
memakai anyaman serat meliputi butuh lapisan lebih sedikit, penyerapan resin
cepat sehingga proses pembuatan lebih cepat, mempunyai kekuatan tarik dan
desak lebih tinggi.
Sebuah penelitian tentang core sampah kota, didapatkan bahwa nilai
densitas, kekuatan tarik, kekuatan desak, dan kekuatan geser komposit naik
seiring dengan bertambahnya tekanan pengepresan. Pada pengamatan foto SEM
5
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
menunjukkan semakin meningkat tekanan pengepresan maka ikatan antar
materialnya juga semakin meningkat (Arofah, 2008).
Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas, konduktivitas panas dan
kekuatan bending komposit meningkat seiring bertambahnya tekanan
pengepresan. Densitas, konduktivitas panas dan bending mencapai nilai tertinggi
pada tekanan pengepresan 88kg/cm2, berturut-turut sebesar 1.57 gr/cm3, 0.297
W/m0c dan 12.14 kg/cm2. Permukaan patah uji bending komposit diamati
menggunakan scanning electron microscope dan terlihat bahwa ikatan antarmuka
matrik dan filler mempunyai ikatan yang baik (Indarto, 2010).
(Ariawan dkk, 2010) melakukan penelitian pengaruh kandungan CaCl2
terhadap kekuatan bending komposit semen-aren. Dimana semakin tinggi
kandungan CaCl2 maka kekuatan bending, dan densitas komposit semen-aren juga
semakin meningkat. Kekuatan bending tertinggi terdapat pada komposit dengan
kandungan 10% CaCl2 sebesar 135 Mpa. Selain itu pengamatan SEM diketahui
bahwa uji pada komposit dengan kandungan 10% CaCl2 terjadi pemadatan matrik
yang lebih tinggi dari pada kandungan 0%.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa densitas, kekuatan bending, dan
kekuatan tarik paku komposit naik seiring dengan bertambahnya tekanan
pengepresan. Densitas, kekuatan bending dan kekuatan tarik paku mencapai nilai
tertinggi pada tekanan pengepresan 88kg/cm, berturut-turut sebesar 0.8805gr/cm,
15.97Mpa dan 370N, (Hakim, 2008).
2.2. Dasar Teori
Schwartz (1984) mendefinisikan 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. Jadi komposit adalah suatu
bahan yang merupakan gabungan atau campuran dari dua material atau lebih pada
skala makroskopis untuk membentuk material ketiga yang lebih bermanfaat.
Komposit dan alloy memiliki perbedaan dari cara penggabungannya yaitu apabila
komposit digabung secara makroskopis sehingga masih kelihatan serat maupun
matriknya (komposit serat) sedangkan pada alloy / paduan digabung secara
mikroskopis sehingga tidak kelihatan lagi unsur-unsur pendukungnya ( Jones,
1975).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat sulit dibentuk tetapi
lebih kaku serta lebih kuat.
2. Matrik, umumnya mudah dibentuk tetapi mempunyai kekuatan dan
kekakuan yang lebih rendah.
Dikarenakan terdiri dari unsur yang berbeda dan digabung, maka tentu ada
daerah-daerah yang berbatasan. Daerah tersebut disebut dengan interface.
Sedangkan interphase merupakan daerah ikatan antara material penyusun
komposit.
Gambar 2.1 Ikatan pada komposit (George, dkk, 1995)
Dari uraian tersebut di atas, maka aspek yang yang penting dalam
penunjukan sifat-sifat mekanis dari komposit tersebut adalah optimasi dari ikatan
interfacial antara fiber dan polimer (matrik) yang digunakan (Schwart, MH,1984).
Ikatan antara fiber dengan matriks dipengaruhi langsung oleh reaksi yang
terjadi antara matrik dengan fiber. Dengan kata lain transfer beban/ tegangan
diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi. Adhesi yang kuat
diantara permukaan antara matriks dengan fiber, diperlukan untuk efektifnya
perpindahan dan distribusi beban melalui permukaan ikatan (George, dkk. 1995).
Berdasarkan bentuk komponen strukturalnya, bentuk-bentuk komponen
utama yang digunakan dalam material komposit dapat dibagi atas tiga kelas
(Schwartz, 1984), yaitu:
1. Fibrous Composites ( Komposit Serat )
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau
satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang
digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly
INTERFACE
MATRIKS
SERAT INTERPHASE
(BONDING AGENT)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
aramid
dengan
kompl
K
menjad
diantar
a. C
b.
H
compo
kompo
terlebi
dipaka
mudah
tarik d
de), dan se
n orientasi
lek seperti an
Kebutuhan
dikan komp
ranya:
Continous fi
Gamba
Woven fiber
Gamba
Herakovich,
osites’ Komp
osit tekstil,
ih dahulu m
ai dalam apli
h dibuat kare
dan kekakuan
(a) Anyam
(b) Anyam
Gam
(a)
ebagainya. F
tertentu ba
nyaman.
akan penem
posit serat
iber composi
ar 2.2 continou
composite (
ar 2.3. woven
(1998),
posit woven
adalah kom
menjadi mats
ikasi. Hal in
ena sudah te
n yang baik.
man 2D
man 3D
mbar 2.4. (a) a
Fiber ini bi
ahkan bisa
mpatan sera
dibedakan
ite (komposi
us fiber comp
(komposit di
fiber compos
dalam bu
fabrics, ata
mposit deng
s. Komposit
ni di sebabka
ersedia mats
Variasi any
anyaman 2D (
isa disusun
juga dalam
at dan arah
lagi menj
it diperkuat d
posie (gibson,
iperkuat den
site (gibson, 1
ukunya ‘Me
au saat ini p
gan serat ya
t jenis ini te
an karena ko
s-nya serta m
yaman ( mats
(b) anyaman 3
(b
secara aca
m bentuk y
h serat yan
jadi bebera
dengan serat
1994)
ngan serat an
1994)
Mechanics o
opuler deng
ang sudah
ermasuk pal
omposit jeni
memiliki sifa
s ) yang ada
3D
b)
8
ak maupun
yang lebih
ng berbeda
apa bagian
t kontinyu)
nyaman )
of fibrous
gan sebutan
direkayasa
ling sering
s ini relatif
at kekuatan
:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
c. C
d. H
2. Par
M
pengua
3. Lam
M
digabu
sendiri
Chopped fib
Gambar
Hybrid comp
Gam
rticulate Com
Merupakan
atnya dan te
minated Com
Merupakan j
ung menjad
i.
er composite
r 2.5. chopped
posite (komp
mbar 2.6. Hyb
mposites ( K
komposit y
erdistribusi s
Gambar 2.7.
mposites ( Ko
jenis kompo
di satu dan
e (komposit
d fiber compo
posit diperku
brid composite
Komposit Par
yang mengg
ecara merata
. Particulate C
omposit Lam
osit yang ter
setiap lapi
diperkuat se
osite (Gibson
uat serat kon
e (Gibson 199
rtikel )
gunakan pa
a dalam matr
Composites
minat )
rdiri dari dua
snya memil
erat pendek /
1994)
ntinyu dan se
94)
artikel serbu
riknya.
a lapis atau
liki karakte
9
/acak )
erat acak).
uk sebagai
lebih yang
eristik sifat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
Gambar 2.8. Laminated Composites
2.3. Komponen Penyusun Komposit
2.3.1 Semen
Semen tersusun dari batu kapur/gamping adalah bahan alam yang
mengandung senyawa kalsium oksida (CaO), lempung/tanah liat adalah
bahan alam yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2), aluminium
oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3) dan magnesium oksida (MgO). Untuk
menghasilkan semen, Campuran dari bahan tersebut di atas selanjutnya
dibakar dalam tanur baker bertemperatur 1300° C - 1400° C, sehingga
diperoleh butir-butir clinker. Kemudian clinker digiling halus secara
mekanis sambil ditambah gibs. Hasilnya berbentuk tepung kering yang
dimasukkan dalam kantong-kantong semen yang pada umumnya
mempunyai berat 40 – 50 kg.
Nama “Portland Cement” diusulkan oleh Joseph Aspdin pada tahun
1824. Nama itu diusulkan karena bentuk bubuk yang dicampur dengan air,
pasir dan batu-batuan yang ada di pulau Portland, Inggris. Pertama kali
semen portland di produksi (dengan pabrik) di Amerika Serikat oleh David
Saylor dikota Coplay, Pennsylvania, pada tahun 1875
(http://id.wikipedia.org/wiki/Semen).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Tabel 2.1. Susunan unsur semen Portland biasa (Tjakrodimuljo, 1996)
Oksida Persen (%)
Kapur (CaO)
Silica (SiO2)
Alumina ( Al2 O3)
Besi (Fe2 O3)
Magnesia (MgO)
Sulfur (SO3)
Soda / potash (Na2 O + K2 O )
60-65
17-25
3-8
0,5-6
0,5-4
1-2
0,5-1
Rasio air terhadap semen sangat mempengaruhi sifat-sifat semen.
Pasta semen memiliki volume tinggi yang konstan. Volume ini akan
bertambah besar dengan meningkatnya rasio air terhadap semen dalam
campuran mula-mula. Suatu set semen bersifat porus dan mengandung
lubang-lubang air yang amat kecil (10-20 Angstrom) maupun lubang-lubang
dengan ukuran amat besar (1 mikrometer). Hubungan antar kapiler-kaplier
yang terdapat di dalamnya sangat mempengaruhi permeabilitas (kemudah
tembusan oleh air) dan vulnerabilitas (ketahanrusakan) semen. Adanya
interkoneksi antar pori-pori kapiler tentunya harus dihindari, karena
melemahkan kekuatan semen. Keadaan ini bisa tercapai apabila ada waktu
yang cukup bagi pasta semen yang cukup rendah. Untuk rasio air-semen
sebesar 0,4 biasanya perlu waktu 3 hari, sedang untuk rasio air-semen 0,7
waktu yang diperlukan sekitar 1 tahun (West, 1984).
Sesuai dengan tujuan pemakaiannya, semen portland di Indonesia
(SII 0013-81) dibagi menjadi 5 jenis, yaitu :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
Jenis I : Semen portland untuk penggunaan umum yang tidak memerlukan
persyaratan-persyaratan khusus seperti yang disyaratkan pada jenis-
jenis lain.
Jenis II : Semen portland yang dalam penggunaannya memerlukan
ketahanan terhadap sulfat dan panas hidrasi sedang.
Jenis III : Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan
kekuatan awal yang tinggi setelah pengikatan terjadi.
Jenis IV : Semen portland yang dalam penggunaannya menuntut persyaratan
panas hidrasi yang rendah.
Jenis V : Portland yang dalam penggunaannya memerlukan keta-
hanan tinggi terhadap sulfat
2.3.2 Serat Alam
Komposit yang mengunakan semen memiliki beberapa kelemahan
yaitu mudah patah/rapuh dan memiliki kekutan tarik yang lemah. Untuk
mengatasi kelamahan yaitu dengan menambahkan serat sebagai filler atau
pengisi dalam campuran semen. Dengan penambahan serat alam pada
komposit semen dapat meningkatkan kekuatan tarik, keuletan dan
ketangguhan. Karakteristik mekanik maupun fisik material komposit semen
dengan penguat serat alam tergantung pada beberapa faktor antaralin: sifat
matrik, perbandingan komposisi matrik dan material pengisinya, ukuran
serat, jenis serat dan penyebaran serat (Balaguru, 1992).
Menurut Rowell dkk (2000), secara umum serat tumbuhan hampir
sama atau mirip dimana tersusun dari tiga komponen utama, yaitu selulosa,
hemiselulosa, lignin ditambah bahan-bahan lain. Dalam penelitian ini
menggunakan dua serat alam yaitu.
a. Serat cantula
Serat cantula diperoleh lewat ekstrasi daun tanaman agave cantula
Roxb. Tanaman cantula tidak memiliki batang yang jelas, dan
memiliki daun yang kaku dengan panjang 100-175 cm dengan duri
disepanjang tepi daunnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
Saat ini, serat alam mulai mendaptkan perhatian yang serius dari para
ahli material komposit karena:
a) Serat alam memiliki kekutan spesifik yang tinggi karena serat alam
memiliki berat jenis yang rendah.
b) Serat alam mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam
yang dapat diolah kembali, harganya relatif murah, dan tidak
beracun.
Dari hasil penelitian badan penelitian dan pengembangan industri
Departemen Perindustrian Yogyakarta diketahui kandungan atau
komposisi rata- rata serat cantula sebagaimana data dalam tabel 2.2
Tabel 2.2. sifat serat cantula
Komposisi Kadar (%)
Hemiselulosa 9,45
A-selulosa 64,23
Lignin 5,91
Abu 4.98
Ekstrakting Alkohol Benzena 3.38
Kadar Air Alkohol Benzena 11,95
Tanaman Cantula meliliki kandungan selulosa yang cukup tingi, yakni
64,23% hal ini menunjukkan bahwa serat ini berpotensi sebagai bahan
penguat komposit.
b. Serat Aren
Aren atau enau (Arenga pinnata) adalah palma yang terpenting setelah
kelapa karena merupakan tanaman serba guna. Pohon aren merupakan
tanaman daerah tropis, dapat tumbuh dengan baik pada dataran rendah
hingga ketinggian 1.400 m di atas permukaan air laut dan tersebar di
India, Malaysia, Indonesia, Filipina. Luas lahan aren di Indonesia
pada tahun 2002 adalah sekitar 47.730 ha, yang terdapat di daerah
Sumatera Utara, Nanggroe Aceh Darussalam, Sumatera Barat,
Bengkulu, Jawa Barat, Banten, Jawa Tengah, Kalimantan Selatan, dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Sulawesi Selatan (Warta penelitian dan pengembangan pertanian,
2009).
Dari seluruh bagian pohon aren dapat dimanfaatkan baik dari buah,
daun, nira, dan batangnya dapat diambil sari patinya untuk dijadikan
tepung aren. Salah satu pusat Industri yang mengolah pohon aren
menjadi tepung aren terdapat di Desa Daleman, Kecamatan Tulung,
Kabupaten Klaten, Jawa Tengah. Dari pengolahan tepung aren
menghasilkan limbah padat yang dimanfaatkan sebagai media untuk
menanam jamur dan pakan ternak, sedangkan yang berbentuk serat
digunakan sebagai bahan bakar untuk memasak dan selebihnya
dibuang (Mayriana, dkk, 2005).
2.3.3 Air
Air dalam campuran komposit mempunyai fungsi memungkinkan
terjadinya reaksi kimiawi dengan semen yang menyebabkan pengikatan dan
berlangsungnya pengerasan, untuk membasahi agregat (butiran material
alami yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran mortar atau
semen), dan melumasi agregat agar mudah dikerjakan pada saat pembentuk
komposit (semen, aren, dan additive CaCl2).
Untuk berreaksi dengan semen air yang diperlukan hanya sekitar 25%
dari berat seman, dalam beberapa kondisi nilai faktor air dan semen yang
kurang dari 0.35 mengakibatkan komposit menjadi kering dan sukar
dipadatkan. Tetapi tambahan air sebagai pelumas ini tidak boleh terlalu
banyak, karena kekuatan komposit akan rendah dan komposit akan porous
(Tjakrodimuljo, 1996).
Tjakrodimuljo (1996) menyatakan bahwa kekuatan komposit dan daya
tahannya akan berkurang jika air mengandung kotoran. Air yang digunakan
untuk membuat komposit sebaiknya memenuhi syarat sebagai berikut:
a. Tidak mengandung lumpur atau benda-benda melayang lainya.
b. Tidak mengandung garam, asam, dan zat organik.
c. Tidak mengandung klorida dan sulfat.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
2.3.4 Additive
Additive adalah bahan yang ditambahkan ke dalam adukan
mortar/pasta sebelum atau selama proses pengadukan untuk mengubah sifat
dari mortar/pasta karena alasan tertentu. Bahan tambahan berkisar pada
bahan kimia sampai pada penggunaan bahan buangan yang dianggap
potensial (Susanto, 2009).
Zat additive yang digunakan dalam penelitian ini adalah kalsium
klorida yang merupakan senyawa garam yang mempunyai sifat larut dalam
air dan mempunyai sifat fisik seperti kristal garam dapur bewarna putih.
Kalsium klorida dengan rumus CaCl2.6H2O berbentuk kristal yang sangat
higroskopis dan mudah larut dalam air dan alkohol.
Kalsium klorida mempunyai sifat fisik antara lain:
a. Berupa kristal garam bewarna putih
b. Ukuran butir seperti garam dapur
c. Dapat dilarutkan dalam air
Sedangkan sifat kimia kalsium klorida diperoleh dari reaksi sebagai
berikut:
Ca(OH)2 (aq) + 2HCl(aq) → CaCl2 (s) + 2H2O(l)
Kemudian dalam air kalsium klorida akan mengion karena merupakan
garam elektrolit:
CaCl2 → Ca2+ + 2Cl –
Dengan dosis 5% CaCl2 dapat digunakan untuk memperlambat
pematangan buah mangga selama 1-2 hari, dapat digunakan sebagi
pengawet makanan yaitu pada daging yang diasinkan, dalam dunia farmasi
sebagi sumber zat kapur, Kalium nitrat juga digunakan sebagai pupuk,
sebagai model bahan bakar rocket (Hasyim, 2009).
Penambahan zat additive CaCl2 pada pasta semen mampu
meningkatkan proses hidrasi/pengerasan semen hal ini terjadi karena
adanya faktor kecocokan antara unsur-unsur kalsium yang terkandung
dalam semen dan dalam additive CaCl2 (Hachmi, 1990).
LingFei Ma (2000) melakukan penelitan tentang pengaruh
penambahan zat additive CaCl2 sabesar (0%, 2.5%, 5%, 10% dan 15%)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
terhadap temperatur hidrasi pada pasta semen-bambu dan modulus of
rupture (MOR). Semakin banyak presentase CaCl2 yang ditambahkan pada
pasta semen-bambu dapat meningkatakan temperatur hidrasi. Semakin
tinggi temperatur hidrasi dapat mempercepat pengerasaan semen dan dapat
meningkatakan modulus of rupture (MOR) yaitu 27.4 kgf/cm2 untuk
penambahan CaCl2 sebesar 5% menjadi 172.4 kgf/cm2 dengan penambahan
CaCl2 sebesar 15%. Sifat mekanis suatu bahan selain dipengaruhi oleh
dimensi partikel juga dipengaruhi oleh adanya zat additive, karena hidrasi
semen tidak cukup pada additive yang rendah untuk mendapatkan sifat
mekanis yang memuaskan.
2.4 Fraksi Berat Komposit
Fraksi berat adalah perbandingan antara berat material penyusun
dengan berat komposit. Fraksi berat material penyusun dapat dihitung
dengan persamaan:
wi =WcWi …………………………………………………………..(2.1)
dimana:
wi : fraksi berat, i, material penyusun
Wi : berat material penyusun, gr
Wc : berat komposit, gr
2.5 Sifat Fisik dan Mekanik
Pengujian yang dilakukan terhadap spesimen adalah pengujian
mekanik dan pengujian fisis. Pengujian mekanik yang dilakukan adalah
pengujian tarik paku , pengujian kuat tekan, dan pengujian kekerasan ,
sedangkan pengujian fisik yang dilakukan adalah pengujian konduktivitas
panas. Pada pengujian spesimen ini mengacu pada standar pengujian
ASTM.
a. Uji tarik paku komposit
Pengujian ini bertujuan untuk mendapat nilai gaya tarik paku material
ini dengan membandingkannya beberapa material, dalam hal ini yaitu
material kayu jati, multiplek dan Mediun Density Fiberboard (MDF).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Gambar.2.9. skema uji tarik paku.
b. Uji Tekan
Kuat tekan adalah salah satu tolak ukur penting sesuai yang
disyaratkan di dalam SNI (Standar Nasional Indonesia), ASTM
(American Standard for Testing Materials), dan BS (British
Standard). Pengujian tekan ini meggunakan standart ASTM D-1037
(Tensile strengh paralel to surface). Pengujian tekan dilakukan
dengan memakai mesin UTM (Universal Testing Mechine) dimana
spesimen ditekan sampai spesimen ada tanda-tanda retak. Pengukuran
nilai kekuatan tekan menggunakan rumus sebagai berikut:
APmaks
=σ …….….................................................................(2.2)
Dimana:
σ = Kuat tekan (kg/cm2)
P maks = Beban maksimum (kg)
A = luas penampang (cm2)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
Yang mana untuk skema pembebanan dapat diihat pada gambar 2.10.
Gambar.2.10. skema pengujian tekan.
c. Uji Keras
Pengujian kekerasan ini meggunakan standar ASTM D-1037 (Tensile
strengh paralel to surface). Pengujian kekerasan (brinell) dilakukan
dengan memakai bola baja yang diperkeras (hardened steel ball)
dengan beban dan waktu indentasi tertentu. Karena pengujian ini akan
menunjukkan karakter elastik-plastik dari suatu material secara lebih
detail karena daerah yang mengalami deformasi dibawah indentor
lebih akan meluas. Pengujian brinell juga menunjukkan hubungan
kekerasan dengan kekuatan yang paling linier jika dibandingkan
dengan pengujian indentasi lainnya. Hasil penekanan adalah jejak
berbentuk lingkaran bulat. Pengukuran nilai kekerasan suatu material
diberikan oleh rumus:
……………….……......................(2.3)
Dimana:
P = beban (kg)
D =diameter indentor (mm)
d =diameter jejak (mm)
Spesimen
Plat Landasan
Plat Landasan
Arah Penekanan
))(2(2
22 dDDDPBHN
−−=
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
Untuk skema pembebanan uji keras dapat diihat pada gambar 2.11:
Gambar 2.11. Skema Pengujian Kekerasan Brinell.
d. Uji Konduktivitas Panas
Ada tiga cara menghantarkan panas dari satu bagian ke bagian yang
lain, yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan
panas/kalor yang terjadi pada bahan komposit adalah perpindahan
panas konduksi. Perpindahan panas konduksi atau hantaran adalah
perpindahan energi yang terjadi pada medium yang diam (padat atau
zat yang dapat mengalir) apabila ada gradien temperatur dalam
medium tersebut (Istanto, 2009).
Hukum Fourier menyatakan bahwa laju perpindahan panas dengan
sistem konduksi dinyatakan dengan:
a) Gradien temperatur dalam arah x dinyatakan dengan dT/dx
b) Luas perpindahan panas arah normal pada arah aliran panas
dinyatakan dengan A
Aliran panas pada arah x dinyatakan dengan:
dxdTkAQx −= ..............................................................................(2.4)
Dimana:
Qx : laju perpindahan panas pada posisi arah x, dalam arah normal
terhadap luasan A (watt).
k : konduktivitas panas (W/m.oK).
Force
Bola baja
spesimen
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
Gambar 2.12 Distribusi temperature T(x) dan aliran panas oleh
konduksi melalui sebuah slab
(Sumber: Bahan perkuliahan perpindahan panas dasar, 2009)
dxdTkAQx −=
...................................................................................(2.5)
12
21
12
12
xxTT
kAxxTT
kAQx−−
=−−
−= .............................................(2.6)
[ ]LTkAQx ∆
= ...................................................................................(2.7)
Fluks panas yang diperoleh dari persamaan Fourier adalah:
LTT
kdx
xdTkq 21)( −== ...................................................................(2.8)
Laju aliran total panas Q yang melewati luasan A dari plat arah
normal terhadap arah aliran panas menjadi:
slabRT
AkLTT
AqQ ∆≡
−==
/21 ........................................................(2.9)
Dimana:
AkLRslab =
.....................................................................................(2.10)
Nilai Rslab disebut dengan hambatan/tahanan panas konduksi
(thermal resistance) untuk laju aliran panas yang melewati plat
dengan ketebalan L, luas A dan konduktivitas panas k (Istanto, 2009).
∆T
∆x
T
x2
T(x)
T2
T1
x x1
Qx
A
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin, dan
Laboratorium Pusat MIPA Sub Lab Fisika Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.2 Bahan Penelitian
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:
1. Serat Batang Aren.
Diperoleh dari Dukuh Bendo, Desa Daleman, kecamatan Tulung,
kabupaten Klaten.
2. Serat Cantula.
Diperoleh dari koperasi Rami Kencana, Dukuh Kutogiri, Desa
Sidomulyo, Kecamatan Pengasih, Kabupaten Kulon Progo, Yogyakarta.
3. Semen Portland SNI 15-7064-2004.
Hasil produksi PT. Holcim Indonesia Tbk. Diperoleh dari toko Putra
Radin Jl. Ir. Sutami no 18 Surakarta.
4. Kalsium Klorida (CaCl2).
Hasil produksi PT. BRATACO CHEMIKA.
5. Air Suling (destilasi)
Hasil pengolahan air dilaboratorium Teknik Kimia UNS.
3.3 Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data antara lain
adalah :
1. Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu:
a. Dongkrak hidrolik.
b. Timbangan Digital
c. Mesh (saringan)
d. Crusher
e. Moisture Wood Meter
f. Oven Elektrik
g. Blender
21
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
h. Cetakan
i. Alat Tenun Bukan Mesin (ATBM)
2. Alat pengambilan data antara lain:
a. Universal Testing Mechine (UTM)
b. Alat Uji Keras Brinell
c. Thermal Conductivity Meassuring
3.4 Parameter
Dalam penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah:
1. Waktu pengepresan selama 20 menit.
2. Ukuran serbuk aren mesh 80.
3. Diameter serat cantula dianggap homogen
4. Perbandingan ratio berat Semen:Serbuk aren:Air: CaCl 2 adalah 5: 2: 2: 1
5. Tekanan penggepresan 88 2/ cmkg ( pada benda kerja ).
Parameter yang diubah adalah jarak anyaman serat cantula yaitu 1cm,
1.5cm, 2cm, 2.5cm.
3.5 Prosedur penelitian
Prosedur pengambilan data dalam penelitian ini dibagi menjadi dua tahap
yaitu:
1. Tahap Persiapan
Tahap persiapan terdiri dari:
a. Persiapan serbuk aren
a) Pengambilan serat aren.
Serat aren diambil dari limbah pembuatan tepung aren di daerah
Daleman, Tulung, Klaten.
b) Pembersihan dan pengeringan serat aren.
Serat aren yang telah diambil dibersihkan dengan air untuk
menghilangkan serbuk-serbuk aren yang menyatu dengan serat dan
dikeringkan dengan sinar matahari. Hal ini bertujuan untuk
memudahkan dalam proses crushing.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
c) Penggilingan serat aren.
Serat aren yang telah dibersihkan dan dikeringkan, kemudian
digiling dengan mesin crusher.
d) Penyaringan serbuk aren.
Serat yang telah crushing kemudian disaring dengan saringan
ukuran mesh 80.
b. Persiapan serat cantula
a) Pengambilan serat cantula
Serat cantula diperoleh dari koperasi Rami Kencana, Dukuh
Kutogiri, Desa Sidomulyo, Kecamatan Pengasih, Kulon Progo,
Yogyakarta.
b) Pembersihan dan pengeringan serat cantula
Serat cantula yang telah diperoleh berupa serat yang sudah dipilin.
Kemudian dicuci dengan air untuk menghilangkan kotoran yang
menyatu pada serat, dan dijemur dibawah sinar matahari sampai
kering. Setelah itu serat cantula dioven pada suhu 110 0 C ± 45
menit hingga kadar air pada serat cantula sekitar 11 – 13%.
Setelah selesai ditempatkan pada box plastik tertutup dilengkapi
dengan silica gel.
c) Pengayaman serat cantula
Pengayaman serat cantula dilakukan dengan bantuan Alat Tenun
Bukan Mesin ( ATBM ). Model anyaman 2D dibuat dengan jarak
antar serat 1 cm, 1.5 cm, 2 cm, dan 2.5 cm, dan dipotong sesuai
dengan dimensi benda uji.
d) Pencampuran bahan baku komposit.
Serbuk aren dan semen dicampur dan diaduk manual sampai
tercampur rata. Kemudian CaCl2 dicampur dengan air sampai
butiran-butiran CaCl2 larut dalam air. Selanjutnya larutan CaCl2
dengan campuran semen-serat aren dicampur manual dan
diblender.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
e) Pembuatan spesimen komposit
Pencetakan spesimen dilakukan dengan proses manual, yaitu
metode hand lay up dan dilakukan pengepresan (press Mold)
dengan menggunakan dongkrak hidrolik manual. Serbuk aren dan
semen yang telah dicampur dengan larutan CaCl2 dimasukkan
dalam cetakan, kemudian diikuti dengan anyaman serat cantula.
Banyaknya lapisan anyaman disesuaikan dengan tebalnya
spesimen, tiap 5 mm lapisan campuran semen serbuk aren CaCl2
terdapat satu anyaman serat cantula. Untuk spesimen uji tarik paku
terdapat 2 lapisan anyaman serat cantula karena tebalnya 9.5 mm,
sedangkan untuk sepesimen uji kekerasan dan uji tekan tebalnya 25
mm sehingga lapisan anyaman serat cantula sebanyak 5 lapisan.
f) Pengeringan
Proses pengeringan atau curing spesimen yang dihasilkan
dikeringkan pada udara bebas, guna mendapatkan sampel yang
benar-benar sudah kering. Setelah 7 hari spesimen dikeringkan lagi
mengunakan oven dengan suhu 600C dan setiap 60 menit diukur
kandungan air pada komposit dengan moisture wood meter. Setelah
kandungan air pada komposit mencapai 10-15%, proses
pengeringan dalam oven dihentikan.
g) Penyimpanan
Setelah semua spesimen komposit selesai dibuat kemudian
spesimen disimpan pada box plastik tertutup yang dilengkapi silica
gel sebelum dilakukan pengujian terhadap spesimen tersebut.
2. Tahap Pengujian
Pengujian spesimen yang dilakukan adalah:
a. Pengujian Tarik paku
Pengujian ini bertujuan untk mendapat nilai gaya tarik paku material
komposit dengan membandingkannya dengan beberapa material,
dalam hal ini yaitu material kayu jati, multiplek dan Mediun Density
Fiberboard (MDF).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Gambar 3.1 Dimensi sepesimen uji tarik paku (dalam satuan mm)
b. Pengujian Tekan (compression strength)
Pengujian tekan bertujuan untuk mengetahui kekuatan tekan
komposit. Bentuk dan ukuran spesimen uji tarik komposit disesuaikan
dengan standar ASTM D-1037 (Tensile strengh paralel to surface).
Gambar 3.2 Dimensi spesimen uji tekan (satuan dalam mm)
c. Pengujian Kekerasan.
Pengujian kekerasan bertujuan untuk mengetahui nilai kekerasan
spesimen komposit yang dibuat. Bentuk, ukuran dan proses pengujian
kekerasan komposit disesuaikan dengan standar ASTM D-1037
(Tensile strengh paralel to surface).
194 25
50
Gambar 3.3.Dimensi spesimen kekerasan brinell (satuan dalam mm).
25
152
76
9.5
25
25
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
d. Pengujian Konduktivitas Panas
Pengujian konduktivitas panas bertujuan untuk mengetahui
kemampuan komposit untuk menghantarkan panas. Skema, bentuk
dan ukuran benda uji konduktivitas panas komposit disesuaikan
dengan standar ASTM E 1225.
Gambar 3.4 Skema pengujian perpindahan panas sesuai
ASTM E 1225
Gambar 3.5 Dimensi spesimen uji konduktivitas panas (satuan dalam mm)
3.6 . Teknik Analisa Data
Dari data yang telah diperoleh, seanjutnya dapat diakukan analisa data
yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya nilai kekuatan tarik paku,
kekuatan tekan, kekerasan dan niai konduktivitas panas dari komposit semen
CaCl2 serbuk aren degan penguat serat cantula.
φ40 4
T0
T1
T2
T3
T4
T5 T6
T7
T8
T9
T10
Pemanas
Logam konduktor
Spesimen
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
3.7 Penyimpulan Hasil Penelitian
Dari data-data yang diperoleh dari hasil analisa terhadap nilai kekuatan
tarik paku, kekuatan tekan, niai kekerasan dan konduktivitas panas dari komposit
semen CaCl2 serbuk aren dengan penguat serat cantula, maka dapat disimpukan
dari hasil penelitian tersebut sehingga didapat hasil yang terbaik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
Gambar 3.6 Diagram alir penelitian
3.8 Diagram alir
MULAI
SERAT CANTULA PILINAN
DICUCI DAN DIKERINGKAN
DIOVEN 110 SAMPAI KANDUNGAN AIR 11‐13%
SERAT CANTULA DIANYAM DENGAN METODE ANYAMAN 2D
SERAT BATANG AREN DIKERINGKAN
PROSES CRUSHING SERAT BATANG AREN
SERAT AREN UKURAN MESH 80
MATRIK SEMEN ADDITIVE CaCl2
CETAK MANUAL SPESIMEN KOMPOSIT: 1. VARIASI ANYAMAN DENGAN JARAK 1cm,1.5cm, 2cm, 2.5cm 2. TEKANAN PENGEPRESAN 88 KG/CM2, WAKTU PENEKANAN 20 MENIT
SPESIMEN DIKERINGKAN SAMPAI KANDUNGAN AIR 10 ‐15 %
PENGUJIAN: 1. KONDUKTIVITAS PANAS 2. TARIK PAKU 3. KUAT TEKAN 4. KEKERASAN
ANALISA DATA
KESIMPULAN
SELESAI
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
4.1 Pengaruh jarak ayaman serat cantula terhadap gaya tarik paku
Data pengujian gaya tarik paku komposit semen serbuk-aren cantula dapat
dilihat pada tabel 4.1. Nilai yang ditampilkan merupakan nilai rata-rata dari lima
spesimen untuk setiap variasi yang diuji.
Tabel 4.1. Gaya tarik paku
Jarak anyaman
(cm)
Gaya tarik paku rata-rata
(N)
1 241.8 1.5 246.8 2 256.2
2.5 261.4
Dari tabel 4.1. terlihat bahwa nilai gaya tarik paku naik seiring bertambahnya
jarak anyaman. Nilai gaya tarik paku terbesar 261.4 N pada jarak anyaman 2.5 cm
sedangkan nilai gaya tarik paku terkecil 241.8 N pada jarak anyaman 1 cm.
Gambar 4.1. Grafik hubungan jarak anyaman dengan gaya tarik paku.
220
230
240
250
260
270
280
0.5 1 1.5 2 2.5 3
gaya
tarik
pak
u (N
)
Jarak anyaman (cm)
29
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari pembahasan hasil diatas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai
berikut :
1. Nilai gaya tarik paku komposit semen serbuk aren-cantula meningkat seiring
dengan bertambahnya jarak anyaman serat cantula, nilai gaya tarik paku
tertinggi adalah 261.4 N pada jarak anyaman 2.5 cm, sedangkan yang
terendah 241.8 N pada jarak anyaman 1 cm.
2. Nilai kekuatan tekan meningkat seiring dengan bertambahnya jarak anyaman
serat cantula, nilai kekuatan tekan tertinggi 69.03 MPa berada pada komposit
dengan jarak anyaman 2.5 cm, sedangkan nilai terendahnya 43.78 MPa yaitu
komposit jarak anyaman 1 cm.
3. Nilai kekerasan meningkat seiring bertambahnya jarak anyaman serat
cantula, nilai kekrasan tertinggi 14.63 BHN berada pada komposit dengan
jarak anyaman 2.5 cm, sedangkan nilai terendahnya 13.95 BHN yaitu
komposit jarak anyaman 1 cm.
4. Nilai konduktivitas panas meningkat seiring bertambahnya jarak anyaman
serat cantula, nilai tertinggi berada pada komposit dengan jaarak anyaman
2.5 cm yaitu 0.253 W/m.0K, sedangkan nilai terendahnya 0.219 W/m.0K
pada komposit dengan jarak anyaman 1 cm.
5.2. Saran
Untuk lebih mengembangkan pemanfaatan potensi serat cantula sebagai bahan
penguat komposit, maka penulis memberikan saran:
1. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh perlakuan kimia pada
serat cantula untuk komposit semen-serbuk aren, misalnya perendaman pada
NaOH.
35
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
2. Dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh bahan aditif lain terhadap
komposit semen-serbuk aren-cantula seperti MgCl2 guna memperbaiki
ikatan matrik dengan cantula.