KARAKTERISASI PERLAKUAN PERMUKAAN SERAT KULIT BATANG WIDURI (CALOTROPIS GIGANTEA) TERHADAP WETTABILITY DAN MAMPU REKAT SERAT TUNGGAL, DAN SIFAT MEKANIK KOMPOSIT DENGAN MATRIKS RESIN EPOKSI

Yeremias Maria Pell, Prof. Ir. Jamasri, Ph.D., IPU., ASEAN Eng

2010 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Serat kulit batang widuri (Calotropis gigantea) adalah salah satu serat alam yang berpotensi menjadi bahan baku material komposit. Penelitian ini difokuskan pada 2 hal : pertama mengetahui karakterisasi perlakuan permukaan pada serat widuri yaitu sifat fisik dan mekanik serat yang terdiri dari densitas, kandungan air, diameter, kekuatan tarik, wettability, dan interfacial shear strength (IFSS) antara serat dan matriks. Perlakuan permukaan berfungsi untuk menghilangkan kandungan wax, lignin dn pengotor lain dari permukaan serat sekaligus merubah topografi serat sehingga dapat memperbaiki ikatan antara serat dan matriks. Fokus penelitian yang kedua adalah mengetahui sifat-sifat mekanik komposit yaitu kekuatan tarik, bending dan ketangguhan impak. Pengujian kekuatan tarik serat dan pengujian sifat mekanik komposit mengacu pada ASTM. Perlakuan permukaan yang diberikan adalah dengan merendam serat widuri dalam larutan NaOH 5% selama 1, 2 dan 3 jam. Untuk pembuatan komposit menggunakan serat tanpa perlakuan dengan variasi fraksi volum 15%, 30% dan 45%. Pada pengujian pull-out serat, panjang tertanam serat divariasikan 1 mm, 3 mm dan 5 mm. Perlakuan NaOH 5%, menyebabkan sudut kontak menjadi lebih kecil dari 300 dengan nilai terendah pada perlakuan 3 jam sebesar 19,720 dan kemudian merubah topografi permukaan serat, dan juga mengurangi distribusi luasan dan kekuatan serat tunggal. Luasan tertinggi sebesar 0,001 mm2 pada serat tanpa perlakuan dan terendah sebesar 0,0005 mm2 pada perlakuan 3 jam. Kekuatan tarik serat tanpa perlakuan sebesar 392,72±122,68 MPa dan terendah sebesar 271,68±68,03 MPa pada perlakuan 3 jam. Hal ini dianalisis dengan two-parameter Weibull distributin model. Perubahan juga terjadi pada IFSS yaitu mengalami peningkatan dengan nilai tertinggi pada perlakuan 3 jam dengan panjang tertanam 1 mm sebesar 12,117 ±4,375 MPa dan terendah pada serat tanpa perlakuan dengan panjang tertanam sebesar 1,639±0,584 MPa. Pada komposit, terjadi peningkatan kekuatan tarik dan impak, sedangkan pada kekuatan bending mempunyai nilai yang relatif sama. Pengamatan visual dengan mikroskop optik dan SEM masih menunjukkan adanya fenomena pull-out pada komposit. Pada uji pull-out untuk serat dengan perlakuan tidak ditemukan fenomena pull-out, yang menunjukkan ikatan yang baik antara serat dan matriks. Hasil-hasil ini memberikan informasi penting yaitu bahwa serat kulit batang widuri berpotensi sebagai penguat komposit.

Widuri (Calotropis gigantea) bast fibers is one type of natural fibers that has the potential to become a raw material of composite. The research was focused on two things: the first is to know the characterization of surface treatment on widuri fiber, namely the physical and mechanical properties of fiber, consisting of density, moisture content, diameter, tensile strength, wettability, and interfacial shear strength (IFSS) between fiber and matrix. The functions of surface treatment are to remove wax content, lignin and other impurities from the fiber surface, as well as to change the topography of the fiber so that it can improve the bonding between fiber and matrix. The second focus of the research was to know the mechanical properties of composites, while tensile strength, bending strength and impact toughness. The tests of tensile strength of fibers and the mechanical properties of composites based on ASTM. Surface treatment was given to soak widuri fiber in 5% NaOH solution for 1h, 2h and 3h. For making composites using untreated fiber, variations of volume fraction 15%, 30% and 45% were used. On the pull-out tested of fibers, the fiber embedded length were varied from 1 mm, 3 mm and 5 mm. Five percent NaOH treatment caused the contact angle was smaller than 300 with the lowest value in treatment 3h at 19.720, changed the surface topography of fibers and reduced the area and strength distribution of single fiber. The highest area is 0.001 mm 2 on untreated fiber and the lowest area 0.0005 mm 2. The tensile strength is 392.72 ± 122.68 MPa on untreated fiber and the lowest in treatment 3 h at 271.68 ± 68.03 MPa. This was analyzed by two-parameter Weibull model distribution. These changes also occurred in IFSS namely increased with the highest value at 3h treatment with 1mm embedded length of 12.117 ± 4.375 MPa and the lowest on the fiber untreated with 5 mm embedded length of 1.639 ± 0.584 MPa. In the composite, tensile strength and impact toughness increased, meanwhile the bending strength has relative constant. The visual observation with optical microscope and SEM still showed the existence of a pull-out phenomenon in the composite. On the pull-out test for treated fiber, pull-out phenomenon was not found, which indicated well bonding between fiber and matrix. These results provided important information are potential widuri bast fiber for composites reinforcement

Kata Kunci : serat kulit batang widuri, perlakuan NaOH 5%, wettability, kekuatan tarik serat, IFSS, sifat mekanik komposit, SEM