## Water absorption of polyester resin polymer composite reinforced woven agel fiber (Corypha gebanga) in various solution
Hendri Hestiawan 1 , Jamasri 2 , Kusmono 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Bengkulu Jl. WR. Supratman, Kandang Limun, Kec. Muara Bangka Hulu, Bengkulu 38371 2 Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Bulaksumur, Caturtunggal, Kec. Depok, Kabupaten Sleman, Daerah Istimewa Yogyakarta 55281 Email korespondensi: hestiawan@unib.ac.id

## Abstrak
Kajian ini bertujuan untuk mengetahui penyerapan air pada komposit resin poliester berpenguat  serat agel tenun  (Corypha  gebanga)  yang  direndam  dalam  air  distilasi  dan  larutan  3,5%  NaCl.  Bahan  yang  digunakan adalah  serat  agel  tenun,  resin  poliester  tak  jenuh  Yukalac  157  BQTN,  dan  katalis  metil  etil  keton  peroksida (MEKP).  Teknik  pembuatannya  menggunakan  vacuum  bagging  dengan  tekanan  hisap  70  cmHg  pada  suhu ruangan. Spesimen uji penyerapan air berdasarkan standar ASTM D570 selama 1080 jam pada suhu kamar. Hasil uji  penyerapan  air  menunjukkan  bahwa  komposit  resin  poliester  berpenguat  serat  agel  tenun  yang  direndam dalam  air  distilasi  memiliki  kemampuan  menyerap  air  dan  koefisien  difusi  yang  lebih  tinggi  daripada  yang direndam  dalam  larutan  3,5%  NaCl.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  tingkat  viskositas  larutan  mempengaruhi penyerapan air dan difusi.
Kata kunci : corypha gebanga, koefisien difusi, vacuum bagging, serat agel tenun, penyerapan air.

## Abstract
This study aims to investigate the water absorption of polyester resin polymer composites reinforced woven agel fiber (Corypha gebanga) which are immersed in distilled water and 3.5% NaCl solution. The materials used are woven agel fiber, unsaturated polyester resin Yukalac 157 BQTN, and catalyst of methyl ethyl ketone peroxide (MEKP).  Manufacturing  techniques  used  vacuum  bagging  with  a  suction  pressure  of  70  cmHg  at  room temperature.  The  water  absorption  specimens  based  on  ASTM  D570  standards  for  1080  hours  at  room temperature. The water absorption test results show that polyester resin polymer composite reinforced woven agel fiber immersed in distilled water have higher water absorption and diffusion coefficient than those immersed in a 3.5% NaCl solution. This shows that the viscosity level of the solution affects water absorption and diffusion.
Keywords: corypha gebanga, diffusion coefficient, vacuum bagging, woven agel fiber, water absorption.

## 1. Pendahuluan
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang semakin pesat belakangan  ini, telah  mendorong para peneliti  untuk  mengaplikasikan  material  komposit pada berbagai macam aplikasi produk, mulai produk rumah  tangga  hingga  produk  pesawat  antariksa. Pengembangan material komposit umumnya ditujukan  untuk  menggantikan  penggunaan  material logam  yang  semakin  lama  semakin  berkurang ketersediaannya di bumi ini. Meningkatnya kepedulian  terhadap  lingkungan  memotivasi  para peneliti untuk mempelajari komposit  yang diperkuat serat  alami  sebagai  pengganti  bahan  konvensional. Serat  alami  sebagai  penguat  dalam  komposit  adalah pilihan yang hemat biaya dengan keunggulan seperti kekuatan  spesifik  tinggi,  ketersediaan  yang  luas, kemampuan  terurai  secara  hayati  dibandingkan dengan  serat  sintetis  [1,2].  Komposit  serat  alam memiliki  kekuatan  spesifik  tinggi.  Namun  karena sifatnya  yang hidrophilic karena  mengandung kelompok hydroxyl ,  serat  alam  cenderung  memiliki ikatan interfacial lemah  terhadap  matrik,  sehingga
dapat menurunkan sifat mekaniknya dan menyebabkan ketidakstabilan dimensi [3,4]. Kelemahan  ini  secara  tidak  langsung  berakibat  pada terbatasnya  penggunaan  komposit  serat  alam  dalam jangka panjang untuk aplikasi di luar ruangan. Ketika komposit  serat  alam  berada  di  lingkungan  basah dalam jangka waktu lama maka komposit serat alam memiliki kecenderungan untuk menyerap uap air dari lingkungan  sekitar  sehingga  akan  menurunkan kekuatan komposit serat alam.
Tingkat  penyerapan  air  komposit  sangat  tergantung pada ketahanan serat terhadap penyerapan air, reaksi antara  air  dengan  matriks,  komposisi  kimia  dan struktur mikro dari matriks polimer. Penetrasi cairan ke dalam material komposit terjadi akibat dari difusi molekul  air  ke  dalam  celah  mikro  antara  rantai polimer, jalur kapiler ke dalam celah dan melemahnya ikatan interfacial antara  serat  dan  polimer.  Dari beberapa  kajian  pada  komposit  serat  alam,  difusi kelembaban  dalam  komposit  polimer  telah  terbukti
diatur  oleh  tiga  mekanisme  berbeda.  Mekanisme pertama melibatkan difusi molekul air ke dalam celah mikro  antara  rantai  polimer.  Mekanisme  kedua melibatkan  perpindahan  kapiler  ke  dalam  celah  dan melemahkan  ikatan interfacial antara  serat  dan matriks.  Mekanisme  ketiga  menghasilkan  alur  cacat mikro dalam matriks yang timbul dari pembengkakan serat [5].
Berdasarkan  mekanisme  ini, perilaku penyerapan air dapat  dikategorikan  ke  dalam  beberapa  jenis,  antara lain  (1)  perilaku  Fickian  linier,  di  mana  kenaikan penyerapan air secara bertahap mencapai kesetimbangan setelah kenaikan yang cepat pada awal perendamaan;  (2)  perilaku  pseudo-Fickian  di  mana kenaikan  penyerapan  air  tidak  pernah  mencapai keseimbangan  setelah  perendaman  awal;  (3)  proses difusi  dua  tahap  dengan  lompatan  tiba-tiba  dalam penyerapan  air  setelah  perendaman  awal;  (4) penyerapan  air  yang  cepat  menyebabkan  lepasnya ikatan serat/matriks ( debonding ) dan kerusakan pada matriks;  dan  (5)  penyerapan  air  mengikuti  tren penurunan  setelah  penyerapan  awal  [6].  Sejumlah kajian  tentang  perilaku water  absorption komposit serat alam telah banyak dilaporkan. Kajian oleh Akil, et  al.  [7]  menggunakan  komposit unsaturated polyester berpenguat serat rami yang direndam dalam cairan yang berbeda, antara lain air suling, air laut dan larutan  asam  pada  suhu  kamar  menunjukkan  bahwa semua  penyerapan  air  mengikuti  perilaku  pseudo- Fickian  dan  karenanya  dapat  diprediksi  selama periode  waktu  tertentu.  Perendaman  komposit  serat alam ke dalam air menghasilkan penurunan kekuatan dan  modulus  secara  signifikan  karena  melemahnya ikatan interfacial antara  serat  dan  matriks.  Kajian yang dilakukan ini bertujuan untuk mengetahui water absorption komposit  resin  poliester  tak  jenuh berpenguat  serat  agel  tenun  dalam  air  distilasi  dan larutan 3,5% NaCl.

## 2. Metode
Bahan  yang  digunakan  dalam  kajian  ini  terdiri  dari serat  agel  tenun  yang  diperoleh  dari  Jogjavanesia Handycraft  Yogyakarta,  resin  poliester  tak  jenuh Yukalac  157  BQTN-EX  dan  katalis Methyl  ethyl ketone  peroxide (MEKP)  dibeli  dari  PT.  Justus Kimiaraya  Semarang.  Perbandingan  resin  poliester dan  katalis  100  :  1  (v/v).  Proses manufacturing cetakan  komposit  menggunakan  teknik vacuum bagging pada  tekanan  hisap  70  cmHg  (Gambar  1) dengan 7 lamina serat agel tenun.
Gambar 1. Cetakan vacuum bagging.

## Uji Water Absorption
Pengujian ini dilakukan berdasarkan standar ASTM D 570  dengan  ukuran  panjang  dan  lebar  spesimen tertentu, sedangkan ketebalan (t) disesuaikan dengan tebal  komposit  yang  diperoleh,  seperti  terlihat  pada Gambar 2.
Tabel dan gambar
Gambar 2. Spesimen uji water absorption ASTM D 570.
Sebelum  spesimen  dimasukkan  ke  dalam  cairan, spesimen dipanaskan dalam oven selama 1 jam pada temperatur 105 o C. Cairan yang digunakan adalah air distilasi  dan  larutan  3,5%  NaCl  dan  direndam  pada suhu  ruang  selama  1080  jam.  Penambahan  berat diukur secara berkala menggunakan timbangan digital dengan  akurasi  3  digit.  Sebelum  dilakukan penimbangan,  spesimen  yang  diambil  dari  dalam oven harus dibersihkan permukaannya menggunakan kain kering untuk menghilangkan air atau uap air yang menempel  di  permukaan  spesimen  [8].  Persentase kadar  air  (Mt)  dihitung  menggunakan  hubungan antara berat spesimen setelah waktu t (Wt) dan berat spesimen  sebelum  direndam  (Wo)  dengan  satuan dalam gram melalui persamaan berikut:
2, 5 t 7,6
𝑀 𝑡 = (𝑊 𝑡 − 𝑊 0 ) 𝑊 𝑛 𝑥 100% (1)
Persentase  kadar  air  dalam  keadaan  kesetimbangan (Mm) dihitung ketika persentase kadar air (Mt) tidak bertambah secara signifikan terhadap waktu perendaman. Pertambahan berat dari proses penyerapan air dapat dinyatakan dengan menggunakan  dua  parameter,  yaitu  koefisien  difusi ( diffusivity )  dan  kadar  air  maksimum  (Mm)  dalam satuan  (%)  melalui  hubungannya  dengan  koefisien difusi (D) dalam satuan (m 2 /s), waktu (t) dalam detik dan  tebal  spesimen  (d)  dalam  milimeter  (mm), menggunakan persamaan berikut [9].
𝑀 𝑡 = 𝑀 𝑚 { 1 − 8 𝜋 2 𝑒𝑥𝑝 [ 1 ( 𝐷𝑡 𝑑 2 ) 𝜋 2 ]} (2)

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil  uji water  absorption komposit  resin  poliester berpenguat serat agel tenun ditampilkan pada Gambar 3. Pengambilan data berat spesimen pada hari pertama dilakukan  setiap  4  jam.  Hal  ini  dilakukan  karena kenaikan  berat  spesimen  berlangsung  sangat  cepat. Kemudian  hari  kedua  dan  selanjutnya  secara berangsur-angsur pengambilan data dilakukan dengan jarak  waktu  yang  lebih  panjang.  Pengukuran  suhu ruangan  menggunakan thermometer dan  diperoleh suhu rata-rata harian sebesar 26 o C.
Gambar 3. Pengaruh variasi cairan terhadap water absorption komposit berpengaruh serat agel tenun.
Penyerapan  air  meningkat  dengan  cepat  pada  awal perendaman untuk semua cairan. Persentase kadar air (Mt)  bergerak  secara  konstan  terhadap  akar  kuadrat waktu  pada  awal  perendamanan  dan  cenderung menurun pada akhir perendaman. Hal ini menunjukkan  bahwa  mekanisme  yang  terjadi mengikuti Hukum Fick, seperti kajian oleh Stevulova, et al. [10] dan Haameem, et al. [11]. Penyerapan air meningkat  seiring  dengan  waktu  perendaman  pada semua  cairan.  Cairan  menyerang  selulosa  serat  dan memasuki  ruang  antara  serat  dan  matriks  resin, menyebabkan komposit mengembang. Penyerapan air tertinggi  diperoleh  pada  spesimen  komposit  yang
direndam dalam air distilasi. Hal ini terjadi karena air memiliki tingkat kekentalan lebih rendah.
Kadar  air  maksimum (Mm) dan koefisien difusi (D) spesimen komposit yang direndam dalam air distilasi dan  larutan  3,5%  NaCl  selama  1080  hari  disajikan pada  Tabel  1.  Kadar  air  maksimum  dan  koefisien difusi  terendah  diperoleh  pada  spesimen  komposit yang  direndam  dalam  larutan  NaCl,  masing-masing sebesar  20,76%  dan  20,15  x  10-12  m 2 /s.  Hal  ini menunjukkan  bahwa  spesimen  komposit  mampu menahan  masuknya  larutan  NaCl  yang  lebih  baik dibandingkan air distilasi. Hasil yang sama diperoleh dari  kajian  oleh Yousif, et al. [12] yang  melaporkan bahwa  serat  kenaf  menyerap  air  lebih  banyak dibandingkan air laut.
Tabel  1. Kadar  air  maksimum  (Mm)  dan  koefisien  difusi (D) komposit berpenguat serat agel tenun.
Cairan Mm (%) D (x10 -12 m 2 /s) Air NaCl 34,10 20,76 51,93 20,15

## 4. Kesimpulan
Hasil  uji water  absorption menunjukkan  bahwa komposit  resin  polimer  polyester  berpenguat  serat agel tenun yang direndam dalam air distilasi memiliki kemampuan  menyerap  air  dan  koefisien  difusi  yang lebih  tinggi  daripada  yang  direndam  dalam  larutan 3,5% NaCl.

## Daftar Pustaka
[1] Li,  Q.  and  Matuana,  L.M.,  2003.  Surface  of cellulosic materials modified with functionalized polyethylene coupling agents. Journal of Applied Polymer Science 88, 278–286.
[2] Malkapuram, R. et al., 2008. Recent development in natural fibre reinforced polypropylene composites. Journal of
Reinforced  Plastics  and  Composites  28,  1169– 1189.
[3] Stark, N., 2001. Influence of moisture absorption on  mechanical  properties  of  wood  flour– polypropylene composites. Journal of Thermoplastic  Composites  Materials  14,  421– 432.
[4] Shenoy, M.A. and D’Melo, D.J., 2009. Effect of water  on  mechanical  properties  of  unsaturated polyester–acetylated  hydro-xypropyl  guar  gum composites.  Journal  of  Reinforced  Plastic Composite 28, 2561–2576.
[5] Dhakal  H.N.  et  al.,  2007.  Effect  of  water absorption on the mechanical properties of hemp fibre reinforced unsaturated polyester composites. Composites Science and Technology 67, 1674–1683.
[6] Ben Daly, H. et al., 2007.  Investigation of water absorption  in  pultruded  composites  containing
0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 Wa te r a b so rp ti o n ( % ) Waktu (jam 1/2 ) Air NaCl
fillers  and  low  profile  additives.  Polymer Composites 28, 355–364.
[7] Akil, H.M. et  al., 2009. Water absorption study on  pultruded  jute  fibre  reinforced  unsaturated polyester  composites,  Composites  Science  and Technology 69, 1942–1948.
[8] Maslinda,  A.  B.  et  al.,  2017.  Effect  of  water absorption  on  the  mechanical  properties  of hybrid  interwoven  cellulosic-cellulosic  fibre reinforced epoxy composites. Composite
Structures 167, 227-237.
[9] Golovoy,  A.  et  al.,  1988.  Hydrolisis  of polycarbonate/polybutylene terephthalate blend. Polymer Engineering and Science  28, 200-206.
[10] Stevulova,  N.  et  al.,  2015.  Water  absorption behavior of hemp hurds composites. Materials 8, 2243-2257.
[11] Haameem, M.J.A. et al., 2016. Effects of water absorption  on  napier  grass  fibre/polyester composites. Composite Structures 144, 138–146.
[12] Yousif, B.F. et al., 2012. Characteristics of kenaf fiber immersed in different solutions, Journal of Natural Fibers 9, 207–218.