## Pengaruh Variasi Fraksi Volume
Filler Terhadap Kekuatan Mekanik Komposit Sandwich Polyester Serat Kenaf Core Styrofoam
Aman Sentosa 1 , Sumarji 2 , Dwi Djumhariyanto 3
1 Alumni Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
Email: amansentosa22@gmail.com

## ABSTRACT
Composite sandwich reinforcement  kenaf fiber polyester with Styrofoam core is an alternative material that has the potential to be developed as an application in various fields with an excess of nature that is strong,  lightweight,  rigid, able to  withstand  bending loads, impact,  vibration  damping  and  sound.  This study  is  intended  to  overcome  the  problems  of  fishermen  Muncar  -  Banyuwangi  in  the  selection  of materials manufacture of safe fish robust and insulated to preserve or maintain the freshness of the fish catch  of  fishermen  low  temperature.  This  study  was  conducted  to  determine  the  effect  of  variations  in fiber  volume  fraction  of  the  increase  in  impact  strength  and  bending  composite  materials sandwich.Untuk  get  impact  strength  values  using the tool impact  test  with  a  maximum  capacity  of  300 joules  specifications,  pendulum  mass  of  20.9  kg,  0.83  m  long  pendulum  arm,  while  to  obtain  bending strength values using a universal testing machine capacity of 300 KN. Variations were used in this study is the percentage of fiber volume fraction of 10% fiber, 20%, 30%, and 40%. The results showed that the variation of fiber volume fraction of 40% had values higher impact strength and bending of 0.30 Joules / mm² and 5,65MPa than the fiber volume fraction of 10% has impact and bending strength values  were lower at 0.14 joules / mm2 and 0.30 MPa. So in this study limits the variation of fiber volume fraction of 10%  to  40%  proved  that  if  the  greater  the  percentage  of  fiber  volume  fraction  value  will  increase  the value of impact strength and bending in composite sandwich.
Keywords: fiber volume fraction, impact strength and bending, composite sandwich
PENDAHULUAN
Saat ini komposit polimer yang telah dipergunakan    luas  seperti  atap  rumah,  bak  air, komponen otomotif dan  lainnya dibuat berpenguat dari serat gelas, serat  karbon  yang  merupakan  serat sintetis. Serat  sintetis  umumnya  tidak  ramah  lingkungan  pasca pakai,  serat  ini  tidak  lapuk  dan  akan  tetap  sebagai sampah atau limbah pasca pakainya.  Serat sintetis juga memerlukan  energi  yang  besar  dalam  pembuatannya sehingga memerlukan biaya produksi yang lebih tinggi. Sejak  polusi  lingkungan  merupakan  isu  yang  serius, bahan biodegradable merupakan obyek riset yang harus segera  dapat  diaplikasikan  dan  menguntungkan  secara komersial [1].
Inovasi  komposit  berpenguat  serat  alam  sangat berpotensi  besar  untuk  dikembangkan  dimana  serat alam  telah  menjadi  salah  satu  pilihan  untuk  penguat komposit  polimer  yang  mendapat  perhatian  khusus dengan kelebihan spesifikasi materi ringan, tahan abrasi dalam pemrosesannya, ramah lingkungan dan terbarukan  [2].  Berbagai  macam  jenis  tanaman  yang dapat  digunakan  sebagai  serat  banyak  tumbuh  subur  di Indonesia  seperti  kenaf,  rosella,  abaca,  rami,  eceng gondok, pohon pisang, daun nanas, dll [3].
Produksi  serat  kenaf  menduduki  urutan pertama  dari  produksi  serat  alam  didunia  yaitu 970.000  ton/tahun  [4].  Salah  satu  faktor  pendukung banyaknya  produksi  serat  kenaf  adalah  masa  tanam yang  relatif  pendek  selama  empat  bulan  serta  tahan di  ladang  marginal,  sebagai  contoh  seperti  lahan yang  sering  banjir,  lahan  gambut  dan  tadah  hujan, ditambah  lagi  sedikit  gangguan  hama  dan  penyakit tanaman, serta biaya produksi yang murah [5].
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  dan  sebagainya.  Pemanfaatan  serat kenaf akan meningkatkan nilai fungsi dari serat dan penggunaan bahan serat alam lebih diminati  [6].
Masalah  penyediaan  ikan  yang  berkualitas tinggi baik untuk konsumsi langsung maupun bahan baku  industri  semakin  mendesak  dewasa  ini. Pendinginan  atau  chilling  ikan  secara  sederhana murah  serta  praktis  dapat  dilakukan  dengan menggunakan  es  batu.  Hanya  penerapannya  pada nelayan  Muncar-Banyuwangi  Jawa  Timur  sering
tidak efisien, faktor penyebabnya antara lain suhu udara yang  panas  didaerah  tropis  seperti  Indonesia  dapat mengakibatkan es cepat mencair [7]. Untuk mempertahankan  suhu  ikan  tetap  rendah  (dingin),  dan segar  memerlukan  suatu  wadah  yang  dapat  menahan terobosan  panas  dari  luar.  Hal  ini  mengingat  tempat berjualan  pedagang  yang  tidak  tetap,  tanpa  terlindungi dari  sengatan  terik  matahari  serta  waktu  yang dibutuhkan    nelayan  muncar  untuk  sampai  bersandar ditempat pelelangan ikan.
Untuk  mengatasi  permasalahan  nelayan  muncar perlu  diteliti  dan  dibuat  material  kotak  penyimpanan ikan yang berinsulasi untuk pengawetan atau mempertahankan  kesegaran  ikan  tangkapan  nelayan bersuhu  rendah.  Dengan  latarbelakang  ini  penulis memberikan  solusi  untuk  meneliti  dan  membuat material  komposit sandwich  polyester berpenguat  serat kenaf dengan core Styrofoam yang memiliki spesifikasi sesuai  dengan  kebutuhan  pembuatan cool  box penyimpan ikan nelayan muncar. Dimana pada material komposit  sandwich  ini  terdapat core Styrofoam merupakan  bahan  plastik  yang  memiliki  sifat  khusus dengan  struktur  yang  tersusun  dari  butiran  dengan kerapatan  rendah,  mempunyai  bobot  ringan,  dan terdapat  ruang  antar  butiran  yang  berisi  udara  yang tidak  dapat  menghantarkan  panas  sehingga  hal  ini membuatnya  menjadi  insulator  (penyekat)  atau  bahan isolasi  panas  yang  baik  [8].  Sedangkan  pada  skinnya terbuat  dari  komposit  serat  alam  mempunyai  kekuatan mekanis  yang  baik,  dan  ramah  lingkungan,  sehingga material ini cocok untuk diterapkan pada cool box ikan hasil tangkapan nelayan muncar dalam kesehariannya.
Peningkatan fraksi volume serat akan meningkatkan  nilai  energi  patah  dan  kekuatan  impak komposit  serat  nanas  berbentuk  kontinyu.  Kekuatan impak  komposit  dengan  kandungan  serat  34,44%  dan 39,85%  hasilnya  sama,  yaitu  sebesar  0,0046  J/mm2. Hasil ini menunjukkan bahwa kekuatan impak komposit mencapai  optimum  pada  fraksi  volume  sekitar  35% karakteristik patahan komposit adalah hinge break , dan fiber pull out , untuk  fraksi  volume 39,85% penampang patah berbentuk patah banyak [9].
Pada  material  komposit  serat  pandan  wangi matrik polyester dan serat gelas polyester menunjukkan bahwa,  semakin  panjang  serat  yang  digunakan  maka kekuatan  impak akan  semakin  meningkat.  Begitu  juga dengan  kekuatan impact pada  variasi  fraksi  volume serat  bahwa  semakin  besar  volume  serat  yang digunakan  kekuatan impact dari  kedua  jenis  komposit juga akan semakin meningkat [10].
Efek  penambahan  ketebalan core posisi melintang  menurunkan  energi  serap  dan  kekuatan impak secara signifikan komposit hybrid sandwich serat kenaf core kayu  pinus.  Seiring  dengan  peningkatan ketebalan core membujur juga menurunkan energi serap dan  kekuatan  impak  secara  signifikan.  Tetapi,  energi serap  dan  kekuatan  impak  pada core membujur meningkat  secara  signifikan  sebesar  (0,695  J/mm2 ) dibandingkan  dengan core melintang  (0,274  J/mm2) [11].
Massa jenis komposit sandwich berpenguat serat  alam  matrik polyester dengan  inti Styrofoam lebih  kecil  dibandingkan  dengan  massa  jenis  kayu ataupun plywood .  Dimana  massa  jenis  komposit tersebut  berkisar  antara  250  -  381  Kg/m 3 .  Dengan kekuatan  tekan  komposit  secara  keseluruhan berkisar  antara  1,36  –  1,79  MPa,  tidak  mengalami perbedaan  yang  mencolok  pada  nilai  tersebut dengan  adanya  variasi  tebal core ,  dan  kekuatan tekannya  meningkat  pada  persentase  variasi  fraksi volume serat [1].
Dari beberapa pertimbangan di atas, penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh  variasi  fraksi  volume  serat  terhadap peningkatan  kekuatan  impak  dan  bending  material komposit sandwich yang telah dibuat .

## METODOLOGI PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah metode eksperimental dengan pendekatan kuantitatif. Peletakan perlakuan diacak pada seluruh materi  percobaan,  hal  ini  berarti  seluruh  unit percobaan  mempunyai  peluang  yang  sama  besar untuk menerima perlakuan.
Bahan  yang  digunakan  untuk  pembuatan spesimen uji terdiri dari: serat kenaf, Resin polyester seri  yukalac  157BQTN-EX, Hardener , Styrofoam dengan  memvariasi  fraksi  volume  serat  dalam cetakan spesimen. Untuk menghitung fraksi volume, parameter  yang  harus  diketahui  adalah  berat  jenis resin,  berat  jenis  serat,  berat  komposit  dan  berat serat.  Adapun  fraksi  volume  yang dapat  ditentukan dengan Persamaan 1 [9].
dengan keterangan sebagai berikut:
V f = volume penguat (cm 3 ) w f = berat penguat (gr)
ρ f = densitas penguat (gr.cm -3 ) w m = berat matrik (gr) ρ m = densitas komposit (gr.cm -3 )
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini meliputi  mesin  uji  Impak  untuk  mendapatkan  nilai kekuatan  impak  dengan  spesifikasi  kapasitas maksimal 300 joule, massa bandul 20.9 kg, panjang lengan bandul 0.83 m, sedangkan untuk mengetahui nilai kekuatan  bending menggunakan mesin Universal  Machine  Testing kapasitas  300  KN.  Alat pendukung  lainnya  timbangan  digital,  gerinda potong,  jangka  sorong,  cetakan  spesimen,  gelas ukur,  dll.  Dimensi  spesimen  pengujian  impak mengacu  pada  standard  ASTM  D  5942-96  yaitu dengan panjang span 60 mm, lebar 15 mm, dan tebal 16 mm. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.
(1)
Gambar 1. Dimensi Spesimen Uji Impak
Dimensi spesimen pengujian bending mengacu pada  ASTM  C393  panjang  span  60  mm,  lebar  40  mm, dan tebal 16 mm dapat dilihat pada Gambar 2 .
Gambar 2. Dimensi Spesimen uji Bending
Variabel  terikat  pada  penelitian  ini  yaitu kekuatan  impak  dan  kekuatan  bending.  Sedangkan variabel  bebasnya  adalah  variasi  fraksi  volume  serat kenaf. Variasi  fraksi  volume  yang  digunakan  pada penelitian ini dipilih sebesar 10%, 20%, 30%, dan 40% yang diduga akan mempengaruhi peningkatan kekuatan impak  dan  bending  pada  komposit sandwich  polyester berpenguat serat kenaf dengan core styrofoam .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  data  rata-rata  hasil  pengukuran didapatkan  hasil  pengukuran  harga  impak  pada spesimen komposit sandwich polyester berpenguat serat kenaf dengan core styrofoam pada variasi fraksi volume 10%,  20%,  30%,  dan  40%  yang  di  tampilkan  pada Tabel 1.
Tabel  1  Data  Rata-rata  Hasil  pengukuran  pengujian impak Persentase Serat Kenaf (%)        Harga Impak (Joule/mm 2 ) 10%                                                  0,14
20%                                                  0,20
30%                                                  0,24 40%                                                  0,30
Dari  data  rata-rata  hasil  pengukuran  penelitian nilai  kekuatan impact ,  dapat  disimpulkan  bahwa terdapat pengaruh variasi  fraksi volume serat  terhadap nilai  kekuatan impact. Serat  sebagai  penguat  di  dalam material komposit terbukti memiliki peran yang penting pada  saat  komposit sandwich menerima  suatu  beban, dimana  beban  yang  diterima  matrik polyester akan ditransfer penuh hingga ke bagian serat. Maka kekuatan dari  material  komposit  penguat  berupa  serat  sangat
dipengaruhi  oleh  kekuatan  serat  dan  ikatan  antara matriks dengan serat itu sendiri.
Gambar  1  pengaruh  fraksi  volume  terhadap kekuatan impak komposit sandwich
Berdasarkan  hasil  pengujian  impak  yang telah  dilakukan,  terjadi  peningkatan  kekuatan impak  sesuai  Gambar  1.  Diketahui  bahwa  harga impak  rata-rata  terendah  yaitu  pada  variasi  fraksi volume  serat  10%  sebesar  0.14  J/mm²,    kemudian pada  fraksi  volume  serat  20%  harga  rata-rata kekuatan  impak  meningkat  sekitar  37,5%  menjadi 0.20  J/mm²,  dilanjutkan  pada  fraksi  volume  serat 30%  mempunyai  harga  impak  dengan  rata-rata sebesar    0.24  J/mm²  atau  meningkat  sekitar  25%, Sedangkan pada fraksi volume serat 40% mempunyai  harga  impak  tertinggi  dengan  rata-rata sebesar  0.30  J/mm²  atau  meningkat  sekitar  37,5% dari nilai  sebelumnya. Peningkatan kekuatan Impak tersebut  terjadi  karena  ikatan  yang  baik  antara matriks  dan  serat  dengan  ditandai  banyaknya fiber break pada  daerah  patahan  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
Patahan hasil uji impak fraksi volume 10%
Patahan hasil uji impak fraksi volume 20%
Patahan hasil uji impak fraksi volume 30%
Patahan hasil uji impak fraksi volume 40%
Gambar  2  Foto  makro  patahan  hasil  uji  impak    pada fraksi volume 10%, 20%, 30%, dan 40%
Data  rata-rata  hasil  Pengukuran    kekuatan bending  pada  spesimen  komposit sandwich  polyester berpenguat  serat  kenaf  dengan core  styrofoam pada variasi  fraksi  volume  10%,  20%,  30%,  dan  40%  di tampilkan pada Tabel 2.
Tabel  2  Data  Rata-rata  Hasil  pengukuran  pengujian Bending
Persentase Serat Kenaf (%)        Kekuatan Bending (MPa)
10%                                                  3,05 20%                                                  3,65 30%                                                  4,63
40%                                                  5,65
Pada  Gambar  3  terlihat  bahwa  nilai  kekuatan bending tertinggi dicapai  pada fraksi  volume 40%. Hal tersebut  dikarenakan  banyaknya  komposisi  serat  dalam komposit,  sehingga  beban  tekan  yang  diterima terdistribusi  merata  pada  serat.  Semakin  banyak  serat yang digunakan maka kekuatan dalam menerima beban akan semakin tinggi.
Gambar  3  Pengaruh  fraksi  volume  terhadap  kekuatan bending komposit sandwich
Fraksi volume Filler 10% mempunyai nilai kekuatan bending terendah sebesar 3,05 MPa. Untuk fraksi  volume  20%  mempunyai  kekuatan  bending sebesar  3,65  MPa  atau  mengalami  peningkatan sebesar  23,07%,  fraksi  volume  30%  mempunyai kekuatan bending sebesar 4,63 MPa atau meningkat 37,69%,    fraksi  volume  40%  mempunyai  kekuatan bending  tertinggi  sebesar  5,65  MPa  atau  meningkat 39,23% dari  fraksi  volume  sebelumnya,  ini  terbukti penambahan  fraksi  volume  serat  meningkatkan kekuatan bending pada komposit sandwich .
Patahan hasil uji bending fraksi volume 10%
Patahan hasil uji bending fraksi volume 20%
Patahan hasil uji bending fraksi volume 30%
Patahan hasil uji bending fraksi volume 40%
Gambar  4  Foto  makro  patahan  hasil  uji  bending pada fraksi volume 10%, 20%, 30%, dan 40%
Terjadi fracture atau  patah  pada  skin  atas komposit sandwich . Fracture terjadi di daerah yang
menerima  beban  tekan.  Kekuatan  bending  mengalami kenaikan  seiring  bertambahnya  fraksi  volume  serat kenaf  yang  diberikan.  Dari  hasil  penelitian  dan pengolahan  data  dapat  diketahui  variasi  fraksi  volume serat  kenaf  dengan core  styrofoam matriks polyester diperoleh  kekuatan  bending  tertinggi  pada  fraksi volume 40% yaitu sebesar 5,65 MPa dengan tebal core 10 mm.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  analisa  yang telah  dibahas  dapat  disimpulkan  beberapa  hal  sebagai berikut :
1. Pada  variasi  fraksi  volume  serat  10%-40%  terjadi peningkatan  kekuatan  impak  dan  bending  pada komposit sandwich.
2. Pada  pengamatan  struktur  makro  dapat  diketahui bahwa  kegagalan  atau  cacat  yang  terjadi  baik  pada spesimen  uji  impak  maupun  spesimen  uji  bending adalah  adanya  serat  terlepas  atau fibers  pull  out akibat  ikatan  yang  lemah  antara  matriks  dan  serat,. Fraksi  volume  40%  memiliki  fiber  break  lebih banyak  dibandingkan  fraksi  volume  10%,  20%  dan 30%.

## SARAN
Dari  hasil  penelitian  mengenai  pengaruh  variasi fraksi  volume  filler  terhadap  peningkatan  kekuatan impak  dan  bending  komposit sandwich polyester berpenguat  serat  kenaf  dengan core  styrofoam ,  maka dapat disarankan beberapa hal berikut :
1. Sebaiknya  memperhatikan  jumlah polyester yang dituangkan  karena  terjadi  penyusutan  setelah spesimen mengering sehingga mempengaruhi dimensi spesimen
2. Lebih  cermat  saat  menuangkan  resin  ke  dalam cetakan agar ikatan serat dan matrik lebih baik serta menghindari timbulnya void .
3. Untuk  penelitian  selanjutnya  dapat  menvariasikan fraksi volume yang lebih besar  di atas 40 % atau di bawah  10%  untuk  mengetahui  sejauh  mana kekuatan mekanis komposit yang dihasilkan.
4. Memvariasikan  tebal  core  dan  perlakuan  serat untuk  mendapatkan  sifat  mekanik  yang  lebih baik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sinarep.,  Catur,  A.D.,  2012. Pengaruh  Tebal Styrofoam Core  Terhadap  Berat  Jenis  Dan  Kekuatan  Tekan Komposit  Sandwich  Matrik  Polyester  Diperkuat  Serat Sisal  Dan  Serat  Pohon  Pisang .  Teknik  Mesin Universitas Mataram, Mataram
[2] Issac,  D.H.,  Hyie,K.M.,  Berhan,  M.N.,  Salleh,  z.,  2012. Composite  Laminates  Effect  of  Fibre  Type  Cold- Pressed  Kenaf    and  Fibreglass  Hybrid.  World  of Academy Science 71 (Engineering and Science). 969973.
[3] Bramantyo,  A.  2008. Pengaruh  Kosentrasi  Serat  Rami Terhadap  Sifat  Mekanik  Material  Komposit  Poliester  – Serat Alam . Teknik metalurgi, Jakarta.
[4] Eichhorn,  S.J.,  Zafeiropoulus,  C.,  Ansel,  L.Y., Review Current  International Research  into  Cellulosic  Fibres and Composites , Journal of materials Science, 2001, pp. 2107-2131.
[5] Sastrosupadi,  A.  (2006). Potensi  Jawa  Timur  sebagai penghasil  serat  alam  untuk  berbagai  agroindustri :
(Sinar Tani 12-18 april)
[6] Kuncoro,  D.  2007. Kekuatan  Bending  Komposit  Hibrid Sandwich  Kombinasi  Serat  Kenaf  dan  Serat  Gelas dengan  Core  Kayu Sengon  Laut .  Teknik  mesin  fakultas teknik, Universitas Sebelas Maret
[7] Purba, A. 2003. Rancang Bangun Kotak Penyimpan Ikan Berinsulasi  untuk  mempertahankan  ikan  dengan  proses pendinginan .Fakultas Teknik .Universitas Diponegoro
[8] Hariyati,  N.  2008. Badan  Pengawas  obat  danMakanan Republik Indonesia. Vol. 9, No. 5, Jl. Percetakan Negara No. 23, Jakarta Pusat.
[9] Rahman,  N.B.,  Suwanda,  T.,  2010. Pengaruh  Fraksi Volume  Serat  terhadap  Peningkatan  Kekuatan  Impak Komposit Berpenguat Serat Nanas-Nanasan
(Bromeliaceae)  Kontinyu  Searah  dengan  Matrik
Unsaturated Polyester. Semesta Teknika, Vol. 13, No. 2, 137-144
[10] Dyah,  E.S.,  Herlina  N.S.,  Yudhyadi.,  Sinarep.,Topan., 2012. Pengaruh  Panjang  Serat  Dan  Fraksi  Volume Terhadap  Kekuatan  Impact  Dan  Bending  Material Komposit Polyester- Fiber Glass Dan Polyester-Pandan Wangi. Fakultas Teknik Universitas Mataram. Mataram [11] Hariyanto,  A.  2008. Rekayasa  Bahan  Komposit  Hybrid Sandwich  Berpenguat  Serat  Kenaf  dan  Serat  Gelas dengan  Core  Kayu  Pinus. Teknik  mesin,  Universitas Muhammadiyah Surakarta.