-
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Komposit (Composite) Komposit adalah suatu material yang
terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material pembentuknya melalui pencampuran yang tak homogen,
dimana sifat
mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda [4]. Dikarenakan
karakteristik
pembentuknya berbeda-beda, maka akan dihasilkan material baru
yaitu komposit
yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari
material-material
pembentuknya. Komposit dikembangkan karena tidak ditemukannya
material
berstruktur homogen yang memiliki semua karakteristik yang
diinginkan untuk
penerapan tertentu.
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda
yaitu:
1. Penguat (reinforcement / filler), yang mempunyai sifat kurang
ductile
tetapi lebih rigid serta lebih kuat.
2. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan
rigiditas
yang lebih rendah.
Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh:
1. Sifat-sifat filler
2. Rasio filler terhadap plastik dalam komposit.
3. Geometri dan orientasi filler pada komposit.
Jenis - Jenis Komposit Berdasarkan Penguat yang digunakan, yaitu
:
1. Komposit serat (Fibrous Composites),
2. Komposit lapis (Laminates Composites), dan
3. Komposit partikel (Particulate Composites).
Fibrous composite, yaitu komposit yang hanya terdiri dari satu
lamina atau satu
lapis dan berpenguat fiber. Kayu adalah komposit alam yang
terdiri dari serat
hemiselulosa dalam matriks lignin. Fiber yang digunakan untuk
menguatkan matriks
dapat pendek, panjang, atau kontinyu.
5
-
6
Laminated composite, yaitu komposit yang berlapis-lapis, paling
sedikit terdiri
dari dua lapis yang digabung menjadi satu, dimana setiap lapisan
pembentuk
memiliki karakteristik sifat tersendiri. Terdiri dari berbagai
arah serat. Plywood, yang
terdiri dari layer alternatif berupa kayu mengandung lem dengan
layer serat kayu
yang tegak lurus layer terdekat.
Particulate composite, yaitu komposit dengan penguat berupa
partikel/serbuk
yang tersebar pada semua luasan dan segala arah dari
komposit.
Gambar 2.1. Komposit (a). Serat, (b). Laminer, dan (c).
Partikel
Sumber: [5]
2.2 Polymer
Polimer berasal dari kata poly yang berarti banyak dan mer
(meros) yang
berarti bagian. Jadi polimer dapat didefinisikan sebagai suatu
material yang
molekulnya dibentuk dari beberapa bagian (monomer). Umumnya
polimer terbentuk
dari hidrokarbon dimana atom karbon (C) sebagai tulang punggung
dalam rantai
ikatan kimianya. Berdasarkan sifatnya polimer dapat dibedakan
menjadi tiga jenis
yaitu:
1. Polymer Thermoplastic, merupakan polimer yang dapat
dibentuk
kembali (recycleable) melalui proses pemanasan, contoh: PVC
(Polyvinyl Chloride), PE (Polyethylene), PP (Polypropylene).
2. Polymer Thermosetting, merupakan polimer yang tidak dapat
dibentuk
kembali dengan proses pemanasan seperti halnya polimer
thermoplastik,
contoh: Polyester, PF (Phenolic).
3. Elastomer, merupakan polimer yang dapat kembali ke bentuk
asal setelah
tegangan yang diberikan dihilangkan, contoh: karet.
(a). (b). (c).
-
7
2.2.1 Matrik
Matrik dalam teknologi komposit didefinsikan sebagai suatu
material yang
berfungsi sebagai pengisi dan pengikat yang mendukung,
melindungi dan dapat
mendistribusikan beban dengan baik ke material penguat komposit.
Untuk itu matrik
haruslah memiliki sifat yang ideal yaitu tangguh, ulet dan cukup
kuat.
Berdasarkan fasa pengisi (matrix), komposit dapat dibedakan
menjadi tiga
jenis yaitu :
1. PMC (Polymers Matrix Composite)
Merupakan komposit yang menggunakan material polimer sebagai
matrik. Contohnya : polimer diperkuat serat gelas (GFRP) dan
polimer
diperkuat serat karbon (CFRP)
2. CMC (Ceramic Matrix Composites)
CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi
sebagai
reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya
terbuat dari
keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah
oksida, carbide, dan nitrid. Salah satu proses pembuatan dari
CMC yaitu
dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit
dengan
reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks
keramik
disekeliling daerah filler (penguat).
3. MMC (Metal Matrix Composites) Metal Matrix composites adalah
salah
satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC
mulai
dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti
adalah
Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi
aerospace.
2.2.2 Sifat Matrik Sifat matrik yang ideal adalah tangguh, ulet
dan cukup kuat. Matrik berfungsi
untuk mengikat serat, meneruskan beban dan mencegah propagasi
perpadatan serat
ke seluruh komposit. Temperatur cair matrik yang rendah
membatasi penggunaan
komposit pada temperatur tinggi.
-
8
2.2.3 Ikatan Antara Matrik Dan Serbuk
Koefisien ekspansi panas matrik dan serbuk harus sama agar
ikatan keduanya
baik. Serbuk sebaiknya dilapisi agar ikatan kuat terutama matrik
polimer dan
partikel. Ikatan antara lapisan juga harus bagus agar tidak
terjadi delamination yaitu
robeknya lapisan pada saat dibebani.
2.3 Material Kayu
Kayu merupakan bagian keras dari jaringan struktur serat alam
yang
membentuk batang pohon dalam tumbuh – tumbuhan yang digunakan
sebagai
penguat polimer komposit. penguat serat alam dipandang sangat
efisien untuk
menggantikan serat buatan atau serat sintetis karena serat alam
mempunyai beberapa
kelebihan yaitu mudah di dapat, harganya lebih murah dan ramah
lingkungan
dibandingkan serat sintetis [6]. “Serat alami memiliki beberapa
keuntungan
dibandingkan dengan serat sintetis, seperti beratnya lebih
ringan, dapat diolah secara
alami dan ramah lingkungan, dan serat alami juga merupakan bahan
terbaharukan
dan mempunyai kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi dan
tidak menyebabkan
iritasi kulit” [7]. Keuntungan-keuntungan lainnya adalah
kualitas dapat divariasikan
dan stabilitas panas yang rendah.
Sifat – sifat kayu yang penting sehubungan dengan penggunaannya
meliputi
sifat fisik, sifat mekanik dan sifat kimia. Sifat kayu yang erat
kaitannya dengan
kekuatan kayu adalah sifat mekaniknya. Kekuatan dan ketahanan
terhadap perubahan
bentuk suatu bahan disebut sebagai sifat – sifat mekaniknya [8].
Kekuatan kayu
sangat erat kaitannya dengan berat jenis, semakin besar berat
jenis kayu maka
semakin kuat kayu tersebut. Secara umum, semakin besar rasio
diameter partikel
maka semakin baik sifatnya [9]. Diameter kecil partikel
mengurangi cacat
permukaan yang menyebabkan kerapuhan.
Serbuk kayu merupakan limbah produksi sawmill, dihasilkan dari
kayu yang
telah melalui proses penggergajian, selama ini tidak
dimanfaatkan dan terabaikan,
serta dianggap tidak memiliki nilai ekonomis.
-
9
2.3.1 Kayu Kelapa (Cocos nucifera)
Kelapa (Cocos nucifera) merupakan tanaman pinang (Arecacea)
berbatang
tunggal yang hanya tumbuh subur di daerah tropis dan subtropis.
Ada beberapa yang
harus diperhatikan dalam syarat pertumbuhan pada Kelapa antara
lain :
Tanah yang ideal untuk penanaman kelapa adalah tanah berpasir,
berabu
gunung, dan tanah berliat, dengan pH tanah 5,2 hingga 8,
mempunyai struktur
remah sehingga perakaran dapat berkembang dengan baik.
Sinar matahari banyak minimal 120 jam/bulan, jika kurang dari
itu produksi
buah akan rendah.
Suhu yang paling cocok adalah 27ºC dengan variasi rata-rata
5-7ºC, suhu
kurang dari 20º C tanaman kurang produktif.
Curah hujan yang baik 1300-2300 mm/thn. Kekeringan panjang
menyebabkan produksi berkurang 50%, sedangkan kelembapan
tinggi
menyebabkan serangan penyakit jamur.
Angin yang terlalu kencang terkadang merugikan tanaman yang
terlalu tinggi
terutama varietas dalam.
Tumbuhan ini dapat tumbuh hingga ketinggian 1000 m dari
permukaan laut,
namun akan mengalami pelambatan pertumbuhan. Kelapa bertumbuh di
tanah
berpasir, membutuhkan banyak cahaya matahari, dan curah hujan
yang teratur.
Tanaman kelapa umumnya mempunyai akar serabut, buah menggerombol
dan
daunnya bertulang sejajar, batang beruas-ruas namun bila sudah
tua tidak terlalu
tampak, khas tipe monokotil dengan pembuluh menyebar (tidak
konsentrik),
berkayu. Batang pohon kelapa banyak digunakan untuk bagian atap
dari sebuah
bangunan rumah. Batang pohon kelapa tidak boleh terkena air atau
lembab karena
akan menyebabkan kerusakan. Untuk mengatasi keterbatasan dari
batang pohon
kelapa kebanyakan masyarakat memilih batang kelapa yang sudah
tua, kering dan
sebagian masyarakat mengolesinya dengan oli (oli bekas kendaraan
atau oli tab).
Daun tersusun secara majemuk, menyirip sejajar tunggal, pelepah
pada ibu tangkai
daun pendek, duduk pada batang, warna daun hijau kekuningan.
Pohon kelapa
terdapat di kurang lebih 150 spesies kelapa yang tersebar di 80
negara [10].
-
10
Kelapa adalah pohon serba guna bagi masyarakat tropika. Hampir
semua
bagiannya dapat dimanfaatkan orang. Adapun kegunaan dari
bagian-bagian pohon
kelapa yaitu :
Batang Pohon Kelapa
Batang pohon kelapa selain dimanfaatkan sebagai kayu ,bisa pula
dijadikan
sebagai (Glugu) bahan bangunan dan beberapa perkakas rumah
lainnya.
Batang Lidi kelapa
Lidi dan daun kelapa bisa dijadikan sapu, tempat tisu dan tas
etnik dll.
Daun kelapa
Daun kelapa bisa digunakan untuk pembungkus ketupat dan bahan
kerajinan,
serta untuk atap rumah.
Tempurung Kelapa
Tempurung kelapa bisa dijadikan berbagai produk ,seperti
misalnya : arang
untuk membuat karbon aktif (berguna untuk mengoperasikan kipas),
filter air,
briket, asap cair dan lainnya.
Sabut Kelapa
Produk berbahan sabut kelapa yang disebut coco peat bisa
digunakan sebagai
media tanam dan media ternak cacing karena bisa menahan serapan
air.
Limbah coco peat berupa serbuk kasar juga bisa digunakan sebagai
bahan
bakar Industri pembuatan batu bata dan tahu. Selain untuk coco
peat, serabut
kelapa juga bisa digunakan sebagai bahan baku coco fibre yang
digunakan
untuk bahan pembuat matras, pengisi jok pesawat, jok mobil,
kasur pegas,
sikat, tali , filter, sebagai penahan erosi pada lereng
pegunungan ataupun
daerah pantai, untuk peredam suara.
Daging buah kelapa
Pada bagian daging buah kelapa bisa untuk minyak kelapa, nata de
coco,
santan dan juga sebagai bahan minuman dan Iain-lainnya. Produk
berupa
minyak kelapa, yang diisukan sebagai minyak jahat atau minyak
kampung,
ternyata hanya propaganda pasar barat yang notabene mereka
ingin
melindungi pasar minyak kedelainya. Banyak ilmuwan yang
menyatakan
-
11
bahwa minyak kelapa jauh lebih sehat dari minyak manapun, baik
untuk
kosmetik maupun konsumsi.
Air Kelapa
Air kelapa muda sering dimanfaatkan sebagai obat-obatan
tradisional dan
kecantikan karena mengandung vitamin c, asam nikotinat, asam
folat, dll.
air kelapa juga merupakan minuman sumber oksien karena dapat
menambah
ion-ion yang hilang pada tubuh saat sedang berkeringat
2.3.2 Pengaruh Suhu Terhadap Kayu
Dalam banyak macam proses, kayu mengalami perlakuan pada suhu
tinggi,
misal pengeringan, stabilisasi dimensi, pembuatan pulp, produksi
papan partikel dan
papan serat. Proses-proses tersebut membutuhkan suhu yang
biasanya tidak lebih
dari 200˚C karena degradasi termal tidak diharapkan. Penyusutan
kayu selama
pengeringan berasal dari penyusutan dinding sel. Dimensi dinding
sel berkurang
dalam skala yang cukup besar. Boutelje menentukan penyusutan
volumetrik dinding
sel dalam kayu awal spruce sebesar 26,5% dan dalam kayu akhir
sebesar 29,5% [11].
Penyusutan ini menghasilkan penurunan volume pori dalam kayu
awal dan kenaikan
dalam kayu akhir. Dari kenaikan suhu terjadi gaya penyusutan
tambahan karena
penyusutan volume naik oleh kehilangan zat akibat peruraian
termal.
Gambar 2.2. Pengaruh Suhu Terhadap Kayu
Sumber: [11]
2.3.3 Perhitungan Massa Jenis Serbuk
Metode pengukuran ini menggunakan metode gravitasi komparasi
massa
jenis dengan menggunakan neraca pegas sebagai alat ukur.
Pengukuran dilakukan
dengan tiga kali pengulangan dengan menggunakan rumus :
-
12
f =
....................................................................................(2.1)
= ∑
................................................................................................(2.2)
Dimana:
ρf : Massa jenis serbuk (gram/cm3)
mu : Massa benda di udara (gram)
mm :Massa benda dalam minyak tanah (gram)
ρm : Massa jenis minyak tanah (0,83 gram/cm3)
2.3.4 Fraksi Berat Sebuk
Fraksi berat serbuk adalah perbandingan antara berat serbuk
dengan berat
komposit.
Volume Cetakan (Vc)
Vc = p x l x t
.............................................................................
..(2.3)
Dimana :
Vc : Volume Cetakan (cm3)
p : Panjang Cetakan (cm)
l : Lebar Cetakan (cm)
t : Tinggi Cetakan (cm)
Fraksi Berat Serbuk ( FW )
FW =
x 100%
.................................................................
..(2.4)
Dimana :
FW : Fraksi Berat Serbuk (%)
Wf : Berat Serbuk (gram)
Wp : Berat Plastik (gram)
-
13
2.4 Perlakuan Borax Boric Acid (BBA) pada Serbuk
Borax atau Sodium Tetraborate Decahydrate (Na2B4O7·10H2O), dan
Boric
Acid (H3BO3) terdaftar di Environmental Protection Agency (EPA)
sebagai pengawet
kayu dikarenakan sifat-sifat yang dimiliki zat kimia tersebut,
boraks borik sangat
beracun bagi rayap, dan jamur pembusuk kayu, namun tidak terlalu
beracun bagi
mamalia, dan ikan, sifatnya yang larut dalam air, membantu
penyerapan asam boraks
borik ke permukaan kayu, senyawa kimia inorganik boraks borik
merupakan fire
retardant yang baik, terutama dikarenakan keefektifannya dalam
mengurangi
flammability pada bahan selulosa, perlakuan boraks borik yang
relatif murah dan
lebih aman dari pengawet kayu lain pada umumnya, menjadikan
boraks borik
sebagai pengawet kayu yang populer dalam industri perkayuan.
American Wood
Protection Association Standard P5 membahas mengenai standar
aman untuk kadar
Borax Boric Acid yaitu diantara pH 7.9-9.0 [3]. Sesuai rujukan
dari “The Chemistry
Of Wood Preservation” dengan mencampurkan per berat dari 65%
air, 20% boraks,
dan 15% asam borat akan mendapatkan larutan Borates dengan kadar
15,8% [12].
Dengan mencampurkan Borax dengan Boric Acid akan didapat
senyawa
kimia Disodium Octaborate Tetrahydrate (Na2B8O13.4H2O) [13].
Borax, dan Boric
Acid dicampur dengan perbandingan 1,5:1 untuk mendapatkan
kelarutan maksimum
borat dalam air [14]. Pembuatan larutan Borates dapat dilakukan
menggunakan berat
sebagai perbandingan dengan cara mencampurkan hasil campuran
senyawa kimia
Borax Boric Acid dengan air [14]. persentase kadar larutan
menggunakan rumus :
( / %) = ( ) ( )
x 100 ......(2.5)
(a) (b)
Gambar 2.3. (a). Boric Acid, (b). Borax
-
14
2.5 Uji Ketahanan Api
Dipilihnya uji ketahanan api dalam penelitian ini adalah untuk
menguji
perubahan karakteristik ketahanan api dari serbuk kayu kelapa
dikarenakan
mudahnya kayu terbakar. Pengujian ketahanan api yang digunakan
dalam penelitian
ini didasarkan pada ASTM D 635-03 [15] dari America Society for
Testing and
Materials (ASTM).
Gambar 2.4. Alat Uji Ketahanan Api Sesuai ASTM D 635-03
perhitungan laju pembakaran linear (V), dari tanda 25 mm untuk
setiap spesimen
dimana bagian depan api mencapai 100 mm tanda dengan menggunakan
persamaan:
Laju Pembakaran Linier (V)
= L / t
............................................................................................(2.6)
Dimana:
: Laju Pembakaran Linear (mm/detik)
L : Panjang Terbakar (mm)
t : Waktu Terbakar (detik)
Kehilangan Berat (w)
w = w0 – w1
..............................................................................................
..(2.7)
Dimana :
w : Kehilangan Berat (gram)
w0 : Berat Awal (gram)
w1 : Berat Akhir (gram
-
15
Laju Kehilangan Berat
̇ = w /
t............................................................................................
(2.8)
Dimana :
̇ : Laju Kehilangan Berat (gram/detik)
w : Kehilangan Berat (gram)
t : Waktu Terbakar (detik)
Presentase Kehilangan Berat
w = 100% ………….………………………………………............(2.9)
Dimana :
w : Kehilangan Berat (gram)
w0 : Berat Awal (gram)
w1 : Berat Akhir (gram )
2.6 Uji Bio-Degradasi
Dipilihnya uji bio-degradasi dalam penelitian ini adalah untuk
menguji
perubahan karakteristik bio-degradasi dari serbuk kayu kelapa
dikarenakan
mudahnya kayu terurai di alam bebas. Uji bio-degradasi dilakukan
dengan mengubur
spesimen uji di dalam medium kompos yang terbuat dari tanah
incepticol, dan serbuk
kayu dengan waktu yang telah ditentukan, kemudian timbang berat
spesimen uji
dengan menggunakan timbangan digital [16][17][18]. Bio-degradasi
ditentukan
dengan mengukur berat yang hilang dari komposit setelah
penanaman dalam kompos
dengan rumus :
(%) = × 100
....................................................................(2.10)
Keterangan :
: Presentase berat yang ter-degradasi dalam pengujian.
: Berat spesimen sebelum pengujian.
: Berat spesimen sesudah pengujian.
-
16
2.6.1 Tanah Incepticol
Tanah incepticol adalah tanah yang belum matang dengan
perkembangan
profil yang lebih lemah dibanding tanah matang dan masih
menyerupai sifat bahan
induknya. Tanah incepticol di indonesia banyak digunakan untuk
budidaya tanaman
karena sifatnya yang memiliki kandungan unsur hara yang tidak.
Sifat fisik tanah
incepticol, dan morfologinya sebagai berikut :
Memilii solum tanah agak tebal, yaitu 1-2 meter
Warna tanahnya hitam atau kelabu sampai dengan coklat tua
Teksturnya debu, lempung berdebu, bahkan lempung
Struktur tanahnya remah, konsistensinya gembur memiliki pH 5.0 –
7.0
Memiliki kandungan organik yang cukup tinggi, yaitu antara 10% -
30%
Memiliki kandungan unsur hara yang sedang sampai tinggi
Produktivitas tanahnya dari sedang sampai tinggi
2.7 Scanning Electron Microscope (SEM) Alat yang digunakan untuk
menganalisa topografi, morfologi, dan komposisi dari
komposit adalah SEM, alat ini bekerja dengan cara menembakkan
electron ke
permukaan sampel yang bereaksi dengan atom pada sampel yang
kemudian
membentuk sinyal-sinyal yang memiliki informasi tentang sampel
tersebut.