Makalah Mekanika Bahan Komposit

KAJI PENGEMBANGANSERAT ALAM  SEBAGAI PENGUAT BIOKOMPOSITUNTUK APLIKASI OTOMOTIF

Disusun Oleh:

Nama             : Imam Rohayat

Nim                : 1311078

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN S-1

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG

TAHUN 2014

PENDAHULUAN

1.            Latar Belakang

Manusia sejak dari dulu telah berusaha untuk menciptakan berbagai produk yang terdiri dari gabungan lebih dari satu bahan untuk menghasilkan suatu bahan yang lebih kuat, contohnya penggunaan jerami pendek untuk menguatkan batu bata di Mesir, panah orang Mongolia yang menggabungkan kayu, otot binatang, sutera, dan pedang samurai Jepang yang terdiri dari banyak lapisan oksida besi yang berat dan liat. Seiring dengan kemajuan zaman, untuk mengoptimalkan nilai efisiensi terhadap suatu produk maka dimulailah suatu pengembangan terhadap material, dan para ahli mulai menyadari bahwa material tunggal (homogen) memiliki keterbatasan baik dari sisi mengadopsi desain yang dibuat maupun kondisi pasar. Kebanyakan teknologi modern memerlukan bahan dengan kombinasi sifat-sifat yang luar biasa yang tidak boleh dicapai oleh bahan-bahan lazim seperti logam besi, keramik, dan bahan polimer. Kenyataan ini adalah benar bagi bahan yang diperlukan untuk penggunaan dalam bidang angkasa lepas, perumahan, perkapalan, kendaraan dan industri pengangkutan. Karena bidang-bidang tersebut membutuhkan density yang rendah, flexural, dan tensile yang tinggi, viskosity yang baik dan hentaman yang baik. 

Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fiber). Komposit merupakan teknologi rekayasa material yang banyak dikembangkan dewasa ini karena material komposit mampu mengabungkan beberapa sifat material yang berbeda karakteristiknya menjadi sifat yang baru dan sesuai dengan desain yang direncanakan.

Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap bahan komposit. Perkembangan bidang sciences dan teknologi mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang memerlukan bahan-bahan yang berdensity rendah, tahan karat, kuat, kokoh dan tegar. Dalam kebanyakan bahan konvensional seperti keluli,walaupun kuat ianya mempunyai density yang  tinggi dan rapuh.

2.       Kelebihan Bahan Komposit

Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan (reliability), keboleh prosesan dan biaya.

Seperti yang diuraikan dibawah ini :

      a)    Sifat-sifat mekanikal dan fisikal

Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.

1.      Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar.

2.      Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon.

3.      Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisa yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik.

4.      Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid.

5.      Massa jenis rendah (ringan)

6.      Lebih kuat dan lebih ringan

7.      Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan

8.      Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas.

9.      Koefisien pemuaian yang rendah

10.  Tahan terhadap cuaca

11.  Tahan terhadap korosi

12.  Mudah diproses (dibentuk)

13.  Lebih mudah disbanding metal

      b)      Biaya
Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya.

3.     Kekurangan Bahan Komposit

Ada beberapa kekurangan yang dimiliki oleh material komposit ini, antara lain:

a.      Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan metal.

b.      Kurang elastis

c.       Lebih sulit dibentuk secara plastis

TINJAUAN PUSTAKA

I. KAJI PENGEMBANGAN SERAT DAUN PANDAN DI KABUPATEN MAGELANG SEBAGAI BAHAN KOMPOSIT INTERIOR MOBIL

Melihat perkembangan industri otomotif yang semakin pesat, meningkatkan kebutuhan akan interior mobil yang semakin baik dari segi fisik maupun sifat mekaniknya. Salah satu cara untuk memenuhi kebutuhan tersebut yaitu dengan menggunakan komposi serat alam. Penggunaan serat alam sebagai bahan komposit yang aplikasinya sebagai interior mobil didasarkan karena beberapa kelebihan yang dimiliki, diantaranya yaitu memiliki sifat mekanik yang tinggi, dan biaya pembuatan yang relatif murah. Komponen yang dibuat dari komposit harganya dapat turun hingga 50% jika dibandingkan dengan produk bahan logam.

Komposit berbahan baku serat alam terus diteliti dan dikembangkan karena sifat dari serat yang kuat dan ringan. Pengembangan tanaman yang menghasilkan serat alam sebagai bahan pembuat komposit sesuai dengan anjuran FAO kepada dunia industri dengan adanya deklarasi pada International Year of Natural Fibres 2009 (IYNF 2009) yang menganjurkan agar mulai tahun 2009 sudah menggunakan bahan baku yang ramah lingkungan dan mudah terdegradasi. Maka sudah sewajarnya bila kita dapat memanfaatkan potensi sumberdaya alam yang dimiliki Kabupaten Magelang, dan memanfaatkannya untuk kemajuan Kabupaten Magelang dan sekitarnya.

Kajian ini akan membahas pengembangan serat daun pandan di Kabupaten Magelang sebagai material penyusun komposit. Tujuan kajian ini yaitu mengetahui prospek pemanfaatan komposit serat daun pandan untuk dapat memenuhi kebutuhan akan interior mobil.

1. Potensi Bahan Baku

Tanaman penghasil serat dikenal dengan istilah bast plant, seperti rami, kenaf, flax, rosella, dan jute. Serat alam juga dapat diperoleh dari serat buah, seperti buah kelapa, buah kelapa sawit, dan kapas. Selain itu, serat alam bisa didapat dari serat daun, seperti pandan, nanas, dan sisal.

Keunggulan utama penggunaan serat alam dibandingkan dengan serat sintetis yaitu serat alam dapat terurai oleh kondisi lingkungan (biodegradable). Keunggulan tersebut yang mendorong peneliti untuk senantiasa meneliti dan mengembangkan pemanfaatan serat alam di berbagai sektor aplikasi. Berdasarkan sifat mekaniknya, perbandingan serat alam dan serat sintetis dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Sifat mekanik serat alam sebagai pembanding terhadap fiber konvensional

Serat yang dapat dikembangkan di Kabupaten Magelang yaitu serat pandan duri. Pandan duri (pandanus tectorius) merupakan salah satu jenis pandan yang hidup tersebar luas di daerah terbuka dataran rendah. Pandan ini banyak digunakan untuk bahan baku kerajinan karena panjang daunnya mencapai 25 cm dan lebar 9 cm. Penggunaan daun pandan selama ini hanya sebagai bahan pembuat tikar, lontrong ataupun complong, sehingga nilai guna dari daun pandan masih rendah.

Gambar 1. Pohon pandan

Serat daun pandan didapat dengan cara membusukkan daun pandan sehingga serat dapat dengan mudah dipisahkan dengan bagian daun yang lain. Serat daun pandan yang digunakan pada penelitian berfungsi sebagai bahan penguat pada pembuatan komposit. Massa jenis serat daun pandan yaitu 0,96 gr/cm3.

2. Urgensi Pemanfaatan Komposit Serat Alam

Pemanfaatan serat alam di Kabupaten Magelang masih sebatas bahan pembuat tikar, lontrong ataupun complong. Bahan baku berupa daun pandan banyak dihasilkan di kawasan Pegunungan Menoreh, dekat Candi Borobudur, seperti Desa Sambeng, Bigaran, dan Kenalan. Potensi yang masih sangat perlu untuk dikembangkan lebih lanjut, dimana dengan menjadikan serat daun pandan sebagai bahan komposit untuk interior mobil akan meningkatkan nilai fungsinya.

Penggunaan komposit berbahan serat alam di bidang industri otomotif mengalami perkembangan yang sangat pesat. Pesatnya perkembangan komposit serat alam mengakibatkan tergesernya keberadaan bahan sintetis yang biasa digunakan sebagai penguat komposit, seperti serat gelas, karbon, kevlar, silikon karbida, aluminium oksida, dan boron. Sebagai contoh, PT. Toyota di Jepang memanfaatkan serat kenaf sebagai penguat bahan komposit untuk interior mobil, dan produsen mobil Daimler-Bens memanfaatkan komposit serat abaca sebagai penguat bahan untuk pembuatan dashboard.

Meninjau potensi yang dimiliki Kabupaten Magelang terutama ketersediaan serat daun pandan, menunjukkan tingginya prospek untuk pemanfaatan serat daun pandan sebagai komponen komposit. Pemanfaatan serat daun pandan akan meningkatkan nilai fungsi dari serat dan penggunaan bahan serat alam lebih disukai karena disamping biayanya relatif lebih murah juga bersifat ramah lingkungan.

3. Komposit

Komposit adalah material yang didapatkan dengan menggabungkan dua atau lebih bahan yang berbeda untuk memperoleh sifat yang lebih baik yang tidak dapat diperoleh dari masing-masing bahan. Sifat material dari komposit diharapkan akan saling memperbaiki kekurangan material penyusunnya. Beberapa sifat yang dapat diperbaiki yaitu kekuatan, kekakuan, ketahanan bending dan massa jenis.

Gambar 2. Klasifikasi komposit berdasarkan strukturnya

Komposit terdiri atas matriks dan pengisi sebagai fasa terdispersi. Pada penggabungan serat dan matriks, serat akan berfungsi sebagai penguat yang memiliki kekuatan lebih tinggi, sedangkan matriks berfungsi sebagai perekat dan penerus gaya geser yang diberikan pada komposit. Kelebihan komposit dibandingkan dengan material lain yaitu rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi, proses pembuatan yang relatif mudah, dan tahan terhadap kondisi lingkungan.

Beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit yaitu jenis, geometri, arah, dan distribusi serat. Panjang serat sebagai penguat komposit sekurang-kurangnya 100 kali diameter atau lebarnya, supaya didapat penguatan yang optimal.

4. Metode Pembuatan Komposit

Pembuatan komposit secara umum memerlukan beberapa tahapan proses, yaitu sebagai berikut:

a. Persiapan serat

Sebelum proses pencetakan, serat diberi perlakuan awal berupa perlakuan alkali. Tujuan perlakuan alkali yaitu menghilangkan zat-zat hemi selulosa, lignin dan waxes. Zat-zat tersebut perlu dihilangkan dari permukaan serat karena dapat mengurangi kekuatan serat daun pandan dan mengurangi daya ikat serat dengan matriks.

b. Pencetakan komposit

Pencetakan komposit dapat dilakukan menggunakan beberapa metode. Pemilihan metode pencetakan komposit didasarkan dengan kebutuhan. Metode yang dapat digunakan yaitu:

1) Autoclave

2) Compression Molding

3) Pultrusion

4) Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM)

5) Thermoplastic Molding

6) Resin Transfer Molding (RTM)

7) Structural Reaction Injection Molding (SRIM)

c. Post-Curing

Proses post-curing dilakukan terhadap spesimen uji dengan menggunakan furnace. Post-curing dimaksudkan untuk meningkatkan kekuatan interface komposit.

5. Karakteristik Komposit

Pengujian karakteristik komposit ditujukan untuk mengetahui keberhasilan komposit yang dihasilkan. Karakteristik komposit yang perlu diketahui melalui pengujian yaitu:

a. Kekuatan Bending

Kekuatan bending merupakan tegangan bending terbesar yang dapat diterima komposit akibat pembebanan luar tanpa mengalami kegagalan. Pengujian bending dilakukan untuk mengetahui kekuatan bending komposit yang telah dibuat.

b. Kekuatan Impak

Pengujian impak digunakan untuk mengetahui ketangguhan komposit, dengan cara mengukur ketahanan komposit terhadap beban kejut. Hasil pengujian impak menunjukkan besarnya energi yang mampu diserap oleh komposit, yang merupakan ukuran ketangguhan impak komposit.

c. Scanning Electron Microscope

Pengamatan dengan SEM dilakukan untuk mengetahui mikrostruktur penampang patahan spesimen uji. Sehingga dengan uji SEM bisa diketahui mekanisme kegagalan dari komposit dan juga dapat mengetahui adhesi antara matriks dan serat.

6. Pengolahan dan Metode Analisis Data

Kekuatan bending suatu material dapat diketahui dengan melakukan pengujian bending. Kekuatan bending komposit yang diuji menggunakan three point bending dapat dirumuskan (ASTM D-790):

dengan catatan: F = beban (N), L = panjang span (mm), b = lebar (mm), dan d = tebal (mm).

Pengujian impak dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode impak charpy dan impak izot. Pembebanan untuk pengujian komposit sebaiknya menggunakan beban yang kecil karena kekuatan impak komposit relatif lebih rendah dibanding logam. Untuk mengetahui energi yang terserap pada pengujian impak charpy yaitu:

dengan catatan: Eserap = energi yang diserap (J), W = berat pendulum (N), R = panjang lengan pendulum (m), β = sudut pantul pendulum, dan α = sudut ayun pendulum.

Sedangkan ketangguhan impak dapat dihitung menggunakan persamaan:

Dengan catatan: A = luas penampang (mm2).

Analisa menggunakan uji SEM dimaksudkan untuk melihat permukaan patah komposit setelah uji bending dan impak. Karakteristik permukaan hasil patahan digunakan untuk analisa dan berguna untuk mengetahui variabel yang mempengaruhi terjadinya patahan pada komposit.

7. Kajian Pustaka Pemanfaatan Serat Alam

Komposit serat alam adalah salah satu material yang memiliki potensi yang besar untuk dikembangkan. Penelitian tentang komposit alam telah banyak dilakukan pada saat ini. Menurut Mokhtar dkk (2007), penelitian komposit alam yang dilakukan oleh peneliti pada satu dekade terakhir menggunakan serat dari alam seperti serat kenaf, serat kelapa sawit, serat sayuran, serat bambu, serat jute, serat sisal, serat kelapa dan serat daun nanas. Pengujian yang dilakukan berupa pemanfaatan serat alam baru atau bagaimana metode untuk meningkatkan sifat dari komposit serat alam yang dimanfaatkan tersebut.

Mujiyono melakukan penelitian serat daun pandan alas sebagai alternatif pengganti serat gelas. Penelitian dilakukan pada serat daun pandan dengan variasi proses perendaman formalin dari konsentrasi 5% sampai 37% selama 3 jam. Hasil penelitian menunjukkan bawa serat daun pandan yang tidak direndam dalam formalin memiliki kekuatan tarik 3 kali lebih besar dibandingkan serat gelas, yaitu 72,44 kg/mm2 untuk serat daun pandan dan 21,65 kg/mm2 untuk serat gelas. Kekuatan tarik kemudian turun sampai 13% dengan adanya perendaman pada formalin. Simpulan yang didapat bahwa serat daun pandan memiliki potensi sebagai serat alam pengganti serat gelas.

Maulida (2006) telah melakukan penelitian dengan membuat komposit polipropilena dengan pengisi serat daun pandan dan serat batang pisang. Polipropilena yang digunakan sebagai matriks terlebih dahulu dilarutkan dalam xylena pada temperatur 160°C dengan konsentrasi polipropilena terhadap xylane 10, 20 dan 30%. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan tarik serat daun pandan lebih baik dibandingkan kekuatan tarik serat batang pisang dengan ketebalan yang sama. Nilai kekuatan tarik tertinggi didapat pada konsentrasi polipropilena 30%.

Dari beberapa penelitian mengenai serat alam, pemanfaatan serat daun pandan sebagai penguat komposit akan menghasilkan sifat mekanik yang baik dan mampu menjadi bahan alternatif pengganti serat gelas. Sifat mekanik yang dihasilkan juga akan mampu memenuhi kebutuhan interior mobil.

II.              POTENSI SERAT BATANG (BAST FIBERS) SEBAGAI PENGUAT BIOKOMPOSIT UNTUK APLIKASI OTOMOTIF

1.       Landasan Teori

Biokomposit

Material komposit dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran/kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro berbeda didalam bentuk dan atau komposisi serta tidak saling melarutkan (Schwartz, 1984).Biokomposit adalah jenis komposit yang salah satu penyusunnya, yaitu reinforcement atau matriksnya, terbuat dari bahan alam (Mohanty dkk, 2005).

Material komposit pada dasarnya terdiri dari dua penyusun yaitu penguat (reinforced) dan matriks (binder). Material penguat (reinforced) komposit dapat berupa serat atau partikel sedangkan matriksnya dapat berupa polimer, logam dan sebagainya (Mukhammad, 2010).

Matriks yang baik memiliki beberapa persyaratan diantaranya adalah mempunyai elongation break lebih tinggi dibandingkan dengan serat, harus dapat mentransmisikan beban ke serat melalui perubahan bentuk atau deformasi, dan matriks harus dapat membungkus (encapsulate) serat tanpa terjadi shrinkage yang dapat menyebabkan regangan internal dari serat dengan indikatornya adalah mempunyai wettability, kompatibilitas dan bonding yang baik (Schwartz, 1984), sedangkan menurut Feldman (1989) serat yang baik adalah modulus elastisitas tinggi, ultimate strength lebih tinggi dari matriks, masing-masing serat mempunyai kekuatan setaraf, serat stabil dan tetap kuat selama proses manufaktur dan ukuran serat misalnya luas dan diameter seragam.

Serat Alam

Serat alam sebagai penguat biokomposit dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu serat alam non-kayu (non-wood natural fibre) dan serat alam kayu (wood natural fibres. Serat alam non-kayu kemudian dibagi lagi menjadi 5 kelompok jenis serat yaitu serat batang (rami, flax, kenaf, jute, hemp), serat biji (serat gandum, jagung, padi), serat daun (sisal, abaca, nanas), serat buah (kapas, coir) dan serat grass (bambu) sedangkan yang tergolong ke dalam serat kayu adalah kayu lunak dan kayu keras (Mohanty dkk 2002 dalam Bos, 2004).

1.        Serat Rami

Rami termasuk dalam keluarga Urticaceae (Boehmeria) yang memiliki kira-kira 100 jenis (Faruk dkk, 2012). Serat rami yang diambil dari batang tanaman rami (Gambar 3a) adalah salah satu jenis serat alam yang memiliki potensi untuk dikembangkan menjadi biokomposit. Saat ini pohon rami sudah berhasil dibudidayakan oleh Koperasi Pondok Pesantren Darussalam (Kopontren Darussalam), Garut, Jawa barat seluas hampir 300 hektar (Musaddad, 2007). Pemanfaatan utama serat rami pada saat ini masih sangat terbatas di bidang tekstil seperti kain, tas dan tikar, sedangkan pemanfaatan untuk material stuktural belum dikembangkan. Rami termasuk tanaman penghasil serat tertua di daerah asia timur, dan saat ini banyak dibudidayakan di negara Indonesia,China, Jepang dan India. Rami dapat tumbuh mencapai 1,2 – 2,5 m (Arman dkk, 1978 dan www.swicofil.com dalam faruk dkk,2012). dan dapat dipanen 6 kali per tahun. Secara teknis serat rami tergolong panjang (1,5 m atau lebih) dengan diameter 10 – 25 μm. Bentuk serat memiliki dinding sel yang tebal, datar dan tidak beraturan. (Angelini dkk, 2000 dalam Faruk dkk,2012)

         

Gambar 3a. Tanaman Rami               3b. Tanaman Kenaf             3c. Tanaman Flax                      3d. Tanaman Jute                        3e. Tanaman Hemp

2.   Serat Kenaf

Tanaman kenaf (Gambar 3b) termasuk dalam genus Hibiscus dan memiliki 300 jenis spesies. Saat ini tanaman kenaf dibudidayakan di Amerika Serikat dan memiliki potensi yang tinggi untuk dikembangkan sebagai bahan dasar komposit (Faruk dkk,2012). Tanaman kenaf berasal dari asia dan afrika, dan dapat tumbuh dengan cepat mencapai ketinggian (2,4-6) m dalam 5 bulan. Kenaf juga merupakan tanaman penyerap CO2 tertinggi (1 ton tanaman kenaf menyerap 1,5 ton CO2) sehingga memiliki potensisangat tinggi untuk mencegah pemanasan global (www.nec.co.jp dalam Bismarck dkk,2005). Pada umumnya batang kenaf berbentuk bulat, dan memiliki 2 jenis serat yaitu serat panjang (terletak di lapisan cortical) dan serat pendek (didaerah lignin). Serat tunggal kenaf tergolong pendek yaitu antara (1,5–6) mm dan berbentuk polygon (Meister dkk, 1999 dalam Bismarck dkk, 2005).

3.   Serat Flax

Tanaman flax (Linum usitatissimum L.) (Gambar 3c) sudah dibudidayakan kirakira 10.000 tahun dan merupakan serat tertua dalam sejarah manusia (Dambroth dan Seehuber, 1988; Wurster dan Daul 1988 dalam Bismarck dkk, 2005). Tekstil flax

berkembang di daerah eropa, argentina, india, china dan Negara-negara pecahan Unisoviet (Lloyd, 2003 dalam Bismarck 2005). Tanaman flax termasuk tanaman dikotil dan dapat tumbuh mencapai ketinggian (80-150) cm dalam (80-110) hari. Panjang serat flax antara (60–140) cm dan memiliki diameter antara (40-80) μm. Warna dari serat flax bervariasi dari pirang cerah sampai abu-abu. Karaketristik serat ini memiliki kekuatan yang tinggi tetapi juga flexible. (Bismarck dkk,2005).

4. Serat Jute

Tanaman Jute (Gambar 3d) termasuk dalam genus Corchorus dengan jumlah jenis mencapai 100 spesies. Jute saat ini merupakan serat alam termurah dengan kapasitas produksi tertinggi dibandingkan serat batang lainnya (Faruk dkk, 2012). Tanaman jute berasal dari daerah mediterania dan telah digunakan manusia sejak masa prasejarahTanaman ini mampu tumbuh mencapai ketinggian (2 sampai 3,5) meter, dengan diameter batang (2-3) cm. Tanaman ini dapat bertahan di daerah dengan iklim panas sampai lembab. Saat ini kebanyakan jute berasal dari daerah delta sungai Gangga dan Brahmaputra India dan Bangladesh. Corchorus capsularis, dikenal sebagai jute putih andCorchorus olitorius dikenal sebagai jute gelap. Selain India, China, Thailand, Brazil merupakan negara penghasil jute dunia (Bismarck dkk, 2005)

Serat tunggal jute memiliki bentuk penampang polygon dan bervariasi dalam ukuran. Dinding sel serat jute memiliki ketebalan dan kekuatan yang sangat bervariasi. Serat jute dapat mencapai panjang 1,5 sampai 3 meter, dan kuat tetapi getas dengan elongation yang rendah yaitu sekitar 1,7% (Rowell dan Stout, 1998 dalam Bismarck dkk, 2005).

5.  Serat Hemp

Tanaman hemp (Gambar 3e) termasuk dalam keluarga cannabis dan tergolong dalam tanaman satu tahunan (Faruk dkk, 2012). Hemp merupakan tanaman asli Asia Tengah dan telah dibudidayakan lebih dari 12.000 tahun (Katalyse-Institut für angewandte Umweltforschung, 1995 dalam Bismarck dkk, 2005). Tanaman hemp termasuk tanaman yang menguntungkan bagi petani karena tanaman ini hanya memerlukan sedikit pupuk dan pembasmi hama. Tanaman ini memiliki laju pertumbuhan yang sangat cepat dan dapat tumbuh sampai ketinggian dari (1,2–5) m tergantung varietasnya (Lloyd, 2003 dalam Bismarck 2005).

Serat tunggal hemp bisa mencapai panjang berkisar antara (13–25) mm. Serat hemp memiliki dinding yang tebal dan bentuk penampang polygon. Serat tunggal hemp memiliki kekuatan tarik yang tinggi (±20% lebih tinggi dari flax) tetapi memiliki elongation yang rendah. (Katalyse-Institut für angewandte Umweltforschung, 1995 dalam Bismarck dkk, 2005).

2.       Aplikasi Biokomposit Serat Batang dalam Bidang Otomotif

1. Interior Mobil

Saat ini Daimler Chrysler merupakan pengguna utama dari biokomposit dan berencana meningkatkan porsi material berbasis serat alam pada produk mobilnya. Komponen-komponen interior (Gambar 2) seperti dashboards, panel pintu yang dipasok Johnson Controls Inc. untuk Daimler Chrysler telah menggunakan biokomposit polypropelene yang diperkuat serat alam (Suddell dan Evans, 2005). Produsen mobil BMW saat ini meningkatkan penggunaan serat alam dari 8 kg menjadi lebih dari 13 kg per mobil, sedangkan Ford meningkatkan dari 5 kg menjadi 13 kg (data berat ini termasuk wool dan cotton) (Taylor, 2002 dalam Suddell dan Evans, 2005).

Tabel 2. Produsen Otomotif, Model dan Komponen Yang Menggunakan Serat Alam

(Suddell dan Evans, 2005)

Produsen Otomotif	Model dan komponen
Audi	A2, A3, A4, A4 Avant, A6, A8, Roadster, Coupe: Seat backs, side and back door panel, boot lining, hat rack, spare tyre lining
BMW	3, 5 and 7 series and others: Door panels, headliner panel, boot lining, seat backs
Daimler Chrysler	A, C, E and S-series: Door panels, windshield/dashboard, businesstable, pillar cover panel
Fiat	Punto, Brava, Marea, Alfa Romeo 146, 156
Ford	Mondeo CD 162, Focus: Door panels, B-pillar, boot liner
Peugeot	New model 406
Renault	Clio
Rover	Rover 2000 and others: Insulation, rear storage shelf/panel
Saab	Door panels
SEAT	Door panels, seat backs
Vauxhall	Astra, Vectra, Zafira: Headliner panel, door panels, pillar cover panel, instrument panel
Volkswagen	Golf A4, Passat, Bora: Door panel, seat back, boot lid finish panel, boot liner
Volvo	C70, V70

Pada tahun 2000, Audi meluncurkan produk mobil kelas menengah A2 yang merupakan mobil dengan seluruh body terbuat dari Alumunium. Tujuan utama penggunaan alumunium pada mobil A2 adalah untuk mengurangi berat mobil, olehkarena itu panel pintu juga terbuat dari komposit polyurethane yang diperkuat campuran serat flax dan sisal. Panel-panel ini tidak hanya mengurangi berat per satuan volume secara signifikan akan tetapi juga memberikan kestabilan dimensi yang baik (Suddell dan Evans, 2005). Produsen otomotif dunia saat ini sudah mulai menggunakan penguat serat alam untuk beberapa komponen interior produk mobil (Tabel 2).

2. Exterior Mobil

Pada tahun 2000an awal, Daimler Chrysler meningkatkan penelitian dan investasi dalam pengembangan biokomposit polyester yang diperkuat serat flax untuk aplikasi exterior atau semiexterior. Daimler Chrysler telah menghabiskan $1,5 milliar untuk meningkatkan ketahanan produk terhadap lingkungan dan dari dana tersebut $870 juta untuk pengembangan proses dan produk yang ramah lingkungan  (Anonim, 2000 dalam Suddell dan Evans, 2005)

Gambar 4. Berbagai Komponen Interior Mobil Mercedes E Class Yang Dibuat Menggunakan Serat Alam (Suddell Dan Evans, 2005)

Panel exterior truk dengan bahan utama biokomposit yang diperkuat flax saat ini telah diproduksi. Panel exterior ini telah diuji oleh Daimler Chrysler Research Centre di Ulm, Jerman dan menunjukkan ketahanan impak yang baik tanpa mengalami pecah sampai menjadi serpihan. Hal ini merupakan pertimbangan penting dalam pengujian tabrak. Biokomposit ini juga memiliki kestabilan dimensi dan ketahanan cuaca yang baik (Suddell dan Evans, 2005) Para produsen mobil di Jerman berusaha untuk membuat komponen yang dapat di daur ulang atau ramah lingkungan. (Hill, 1997 dalam Suddell dan Evans, 2005).

Gambar 5. Bumper Mobil Dengan Penguat Serat Kenaf

Saat ini para peneliti Daimler Chrysler sedang mengembangkan serat alam sebagai penguat dalam komponen exterior mobil. Tantangan terbesar dalam penelitian ini adalah komponen exterior harus memiliki ketahanan terhadap kondisi ekstrim seperti terendam dan basah. Hasil dari proyek pengembangan ini adalah cover mesin atau transmisi mobil Travego (buatan Mercedez Benz) telah menggunakan biokomposit yang diperkuat serat flax. Hal ini merupakan komponen exterior pertama yang menggunakan serat alam sebagai penguat (Anonim, 2000 dalam Suddell dan Evans, 2005).

3.       Hasil Produksi Serat Batang

Berdasarkan penggunaanya tanaman penghasil serat alam dapat diklasifikasikanmenjadi 2 yaitu tanaman primer dan tanaman sekunder. Tanaman primer adalah tanamanyang dibudidayakan untuk diambil seratnya, sedangkan tanaman sekunder adalah tanaman yang menghasilkan serat sebagai produk sampingan. Flax, rami, kenaf, jute merupakan tanaman primer sedangkan nanas, kelapa sawit, coir termasuk tanaman sekunder (Faruk dkk, 2012). Pada tahun 2001 jumlah produksi serat batang sudah mencapai 4.162.450 Mton (Tabel 3).

Tabel 3. Luas Lahan Dan Jumlah Produksi Berbagai Serat Batang Di Dunia

(Anonim, 2001 dalam Munder dkk, 2005)

Tanaman Penghasil Serat Batang	Luas lahan seluruh dunia (ha)	Produksi Serat dunia (Mt)
Flax	614.626	464.650
Hemp	82.178	157.800
Jute	Na	2.900.000
Kenaf	Na	470.000
Rami	Na	170.000

4.       Komposisi Kimia dan Kandungan Air Serat Batang

Kondisi iklim, umur dan pemrosesan menjadi serat mempengaruhi tidak hanya struktur tetapi juga komposisi kimia yang dikandung. Serat batang kering komposisi kimia didominasi cellulose, hemicellulose, lignin dan zat-zat lain dengan kadar kecil (Tabel 4).

Tabel 4. Komposisi Kimia, Dan Kandungan Air Beberapa Jenis Serat Batang

(Mohanty dkk, 2000 dalam Bismarck dkk, 2005)

Jenis Serat	Cellulose (wt%)	Hemicelluloses (wt%)	Lignin (%wt)	Pectin (%wt)	Moisture Content (%wt)	Waxes (%wt)
Flax	71	18.6-20.6	2.2	2.3	8-12	1.7
Hemp	70-74	17.9-22.4	3.7-5.7	0.9	6.2-12	0.8
Jute	61-71.5	13.6-20.4	12-13	0.2	6.2-12	0.5
Kenaf	45-57	21.5	8-13	3-5	na	na
Rami	68.6-76.2	13.1-16.7	0.6-0.7	1.9	7.5-17	0.3

5.       Sifat Mekanis Serat Batang

Pada umumnya serat batang memiliki sifat-sifat mekanis jauh lebih rendah daripada serat sintetis (E-glass), akan tetapi ada fenomena menarik ketika dibandingkan nilai modulus specificnya, maka serat batang relatif sama bahkan lebih tinggi (serat rami) daripada serat sintetis (Tabel 3). Modulus specific menunjukkan nilai kekakuan per satuan density. Nilai ini sangat berguna ketika proses perancangan suatu komponen mesin dengan kekakuan yang tinggi tetapi berat, dan volumenya rendah. Menurut Kavelin (2005), komponen yang terbuat dari serat alam lebih ringan 15 % dibandingkan dengan fiber glass.

KESIMPULAN

Pesatnya perkembangan komposit serat alam mengakibatkan tergesernya keberadaan bahan sintetis yang biasa digunakan sebagai penguat komposit, seperti serat gelas, karbon, kevlar, silikon karbida, aluminium oksida, dan boron. Sebagai contoh, PT. Toyota di Jepang memanfaatkan serat kenaf sebagai penguat bahan komposit untuk interior mobil, dan produsen mobil Daimler-Bens memanfaatkan komposit serat abaca sebagai penguat bahan untuk pembuatan dashboard.

Pemanfaatan serat alam di Kabupaten Magelang masih sebatas bahan pembuat tikar, lontrong ataupun complong. Bahan baku berupa daun pandan banyak dihasilkan di kawasan Pegunungan Menoreh, dekat Candi Borobudur, seperti Desa Sambeng, Bigaran, dan Kenalan. Potensi yang masih sangat perlu untuk dikembangkan lebih lanjut, dimana dengan menjadikan serat daun pandan sebagai bahan komposit untuk interior mobil akan meningkatkan nilai fungsinya. Kelebihan komposit dibandingkan dengan material lain yaitu rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi, proses pembuatan yang relatif mudah, dan tahan terhadap kondisi lingkungan.

Dari beberapa penelitian mengenai serat alam, pemanfaatan serat daun pandan sebagai penguat komposit akan menghasilkan sifat mekanik yang baik dan mampu menjadi bahan alternatif pengganti serat gelas. Sifat mekanik yang dihasilkan juga akan mampu memenuhi kebutuhan interior mobil.

Komposit polimer yang diperkuat serat batang memiliki potensi yang sangat tinggi sebagai material alternative untuk memproduksi komponen struktural otomotif. Potensi tersebut dapat dilihat dari jenis yang bervariasi, ketersediaan yang sangat melimpah, dan kekuatan mekanis yang baik. Saat ini komposit polimer yang diperkuat serat batang telah dipergunakan pada industri mobil di eropa sebagai bahan untuk membuat komponen interior mobil dan telah mulai dikembangkan untuk aplikasi exterior mobil.

DAFTAR PUSTAKA

Mukhammad,Alaya.2013.Potensi Serat Batang (Bast Fibers) Sebagai penguat       Biokomposit Untuk Aplikasi Otomotif. Laporan Penelitian Tidak   Diterbitkan.Semarang: Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Semarang.

Salahudin,Xander.2012.Kaji Pengembangan Serat Daun Pandan di Kabupaten Magelang Sebagai Bahan Komposit Interior Mobil.Laporan Penelitian Tidak        Diterbitkan.Magelang:  Fakultas Teknik Universitas Tidar Magelang

Jamasri.2008.Prospek Pengembangan Komposit Serat Alam  di Indonesia.Laporan Penelitian       Tidak Diterbitkan.Yogyakarta: Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada