## Karakterisasi Sifat Fisik dan Sifat Mekanik Komposit Polyurethane /Serbuk Bambu Sebagai Aplikasi Panel Pintu Mobil
Siti Komariyah , Moh. Farid dan Amaliya Rasyida Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri,
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail :  mofaredo@gmail.com
Abstrak— Panel  pintu  merupakan  bagian  badan  mobil  yang pada  umumnya  terbuat  dari  material  termoplastik  dengan kekuatan  lentur  antara  11-25  MPa.  Akan  tetapi,  sejak  tahun 2015, European  Union’s  end-of-live  of  Vehicles (ELV) menekankan  untuk  menggunakan  material  daur  ulang,  yang menjadikan  penambahan  serat  natural  pada  beberapa  badan mobil  sebagai trend terbaru.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mensintesis  komposit polyurethane /serbuk  bambu  (PU-SB) sebagai  material  kandidat  panel  pintu  mobil  dan  mengetahui pengaruh  penambahan  serbuk  bambu  pada  komposit  PU-SB. Bahan  utama  pembentuk  komposit  terdiri  dari polyurethane dan  serbuk  bambu  betung  berukuran  <  140  µm.  Metode  yang digunakan dalam pembuatan komposit adalah metode blending dengan  variasi  komposisi  serbuk  bambu  5%;  10%;  dan  15% fraksi  massa  komposit.  Untuk  mencapai  tujuan  tersebut, dilakukan  analisa  densitas  dan  analisa  kekuatan  lentur berdasarkan  ASTM  D  790.  Dari  penelitian  ini  diperoleh, komposit  dengan  penambahan  15%  serbuk  bambu  memiliki nilai densitas sebesar 0.1093 gr/cm 3 dan kekuatan lentur sebesar 28,20 MPa.
Kata  kunci— Komposit, polyurethane ,  serbuk  bambu,  sifat mekanik

## I. PENDAHULUAN
ALAH satu jenis bambu yang banyak diteliti adalah jenis bambu  betung  ( Dendrocalamus  asper ).  Kadar  air  pada bambu betung mencapai 55%, dengan kandungan holoselulosa sebesar 53%, pentosan 19%, lignin 25%, abu 3% dan kelarutan dalam NaOH sebesar 22%. Holoselulosa terdiri dari  selulosa  dan  hemiselulosa.  Kadar  holoselulosa  yang tinggi  mengindikasi  serat  yang  kuat.  Sedang  hemiselulosa yang  tinggi  menyebabkan  sifat  fleksibel.  Kekuatan  lentur komposit polyester berpenguat serat bambu. mencapai 26,22 MPa  dan kekuatan tarik mencapai 15,6 MPa [1]. Selain sifat mekanik yang baik, bambu juga memiliki nilai densitas yang kecil.  Densitas  bambu  berkisar  antara  0,6-1,1  gr/cm 3 [2]. Kemampuan absorbsi suara komposit berpenguat bambu juga tinggi [3]-[4]. Produksi bambu di dunia mencapai 30 juta ton per tahun. Dengan nilai produksi yang besar ini dan sifat yang unggul,  bambu  dapat  menjadi  penunjang  ekonomi masyarakat [5].
Salah  satu  bentuk  pemanfaat  bambu  dalam  bidang teknologi  adalah  sebagai  bahan  penguat  dari  panel  pintu mobil. Panel pintu mobil merupakan bagian dari badan mobil yang  terbuat  dari  material  termoplastik  dengan  kekuatan lentur berkisar antara 11 hingga 25 MPa dan kekuatan tarik berkisar  antara  30  hingga  95  MPa.  Panel  pintu  mobil  pada umumnya  terbuat  dari  polipropilen, polyester atau polyurethane (PU). Akan tetapi, sejak tahun 2015, European
Union’s  end-of-live  of  Vehicles (ELV)  menekankan  untuk menggunakan  material  daur  ulang,  yang  menjadikan penambahan serat natural pada beberapa body mobil sebagai trend terbaru [6].
Polyurethane (PU)  terbentuk  dari  reaksi  antara polyol dengan diisocyanate .  PU  memiliki  kelebihan  seperti  tahan terhadap  air dan  tahan  bahan  kimia,  tahan  gesek  juga  tahan terhadap  cuaca.  Akan  tetapi,  PU  juga  memiliki  kekurangan seperti  stabilitas  termal  dan  kekuatan  mekanik  yang  rendah [7].  PU  merupakan  salah  satu  material  utama  panel  pintu mobil.  Sebagai  salah  satu  bahan  pembentuk  panel  pintu mobil,  nanomaterial  dipilih  sebagai  penguat  komposit  PU. Pada penelitian  ini,  akan  dilakukan  pengembangan  material komposit polyurethane berpenguat  serbuk  bambu.  Melalui analisa  densitas  dan  analisa  kekuatan  lentur  dari  komposit polyurethane dengan  variasi  komposisi  serbuk  bambu, diharapkan dapat diperoleh material kandidat sebagai aplikasi panel pintu mobil.

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Persiapan Bahan dan Alat
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  terdiri  dari bambu  betung  dan polyurethane .  Bambu  betung  yang digunakan  berdiameter  10  cm.  Pengolahan  bambu  betung diawali  dengan  penghancuran  bambu  secara  makro, kemudian    dilakukan  perendaman  dalam  NaOH  5%  selama 24 jam untuk menghilangkan kandungan lignin yang terdapat pada bambu. Bambu kemudian dicuci bersih dengan air, lalu jemur  dibawah  sinar  matahari  langsung.  Untuk  hasil  lebih baik,  bambu  yang  telah  berbenrtuk  serat  kasar  dikeringkan kembali menggunakan oven dengan temperatur 250ºC selama 2x10 menit.  Setelah itu, serat bambu dipotong sepanjang  1 cm  untuk  mempermudah  proses  pencacahan.  Serat  bambu kemudian dicacah menggunakan blender hingga halus. Serat yang  telah  halus  selanjutnya  melalui  proses sieving .  Hasil akhir  bambu  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  berupa serbuk berukuran < 140 µm.
Bahan  pembentuk  PU  terdiri  dari polyphenyl  isocyanate dan polyprophylene glycol . PU dibuat dengan mencampurkan Polyphenyl isocyanate dan Polypropylene glycol . Komposisi yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah 70% untuk Polyphenyl isocyanate dan 30% untuk Polypropylene glycol .

## B. Pembuatan Komposit
Pada  penelitian  ini,  digunakan  variasi  komposisi  serbuk bambu  sebesar  5%;  10%;  dan  15%  fraksi  massa  komposit. Sedang  komposisi  pembentuk  PU,  yakni  terdiri  dari
S
Polyphenyl  isocyanate dan Polypropylene  glycol dengan perbandingam  70  :  30  fraksi  massa  matrik.  Pembuatan komposit  menggunakan  metode blending .  Komposisi masing-masing  spesimen  ditunjukkan  pada  Tabel  1  sebagai berikut.
Tabel 1 Komposisi Polyurethane dan serbuk bambu Spesimen Komposisi PU (%) Komposisi Serbuk Bambu (%) 85%PU-SB 85 15 90%PU-SB 90 10 95%PU-SB 95 5
PU dan serbuk bambu ditimbang sesuai dengan komposisi. Total massa kedua bahan tersebut perspesimen adalah 25 gr untuk spesimen densitas dan 20 gr untuk spesimen uji lentur. Setelah itu, kedua bahan dicampur dan diaduk secara merata. Bahan  kemudian  di  tuang  dan  didiamkan  selama  24  jam. Setelah  24  jam,  komposit  dikeluarkan  dari  cetakan  dan dipotong  sesuai  dengan  standar  pengujian.  Spesimen  uji kekuatan  lentur  berukuran  127  mm  x  12,7  mm  x  3,2  mm berdasarkan  ASTM  D  790.  Spesimen  densitas  berbentuk bulat dengan diameter 100 mm dan tebal 25 mm.

## C. Uji Karakterisasi Perhitungan Densitas Komposit
Analisa  bertujuan  untuk  mengetahui  massa  jenis  dari komposit. Analisa densitas (ρ) dilakukan dengan menghitung hasil bagi dari massa komposit (m) dan volum komposit (V), menggunakan persamaan berikut.
ρ = m/V
(1)

## D. Pengujian Kekuatan Lentur
Analisa  kekuatan  lentur  bertujuan  untuk  mengetahui kekakuan  material  ketika  dibengkokkan.  Analisa  kekuatan lentur  dilakukan  berdasarkan  ASTM  D  790 dengan  metode three  point  bend ,  dimana  spesimen  diletakkan  pada  dua tumpuan, dan beban diberikan ditengah spesimen. Spesimen yang  digunakan  berukuran  127  mm  x  12,7  mm  x  3,2  mm. Perhitungan  kekuatan  lentur,  dilakukan  dengan  persamaan sebagai berikut.
σ f = (3PL/2bd 2 )[1 + 6(D/L) 2 – 4(d/L)(D/L)] (2)
dimana : σf : kekuatan lentur komposit (MPa) P : beban patah (N) L : support span (mm) b : lebar spesimen (mm) d : tebal spesimen (mm) D : defleksi (mm)

## III. HASIL DAN DISKUSI
A. Analisa Densitas Komposit
Analisa densitas berkaitan dengan sifat mekanik komposit. Dari  perhitungan  massa  dibagi  volum  komposit,  diperoleh hasil sebagai berikut.
Tabel 2 Hasil perhitungan densitas komposit PU-SB No. Komposit Massa Jenis (gr/cm 3 ) Massa Jenis Rata-rata (gr/cm 3 ) 1. 85%PU-SB 0.0494 0.0471 0.0386 0.1093 2. 90%PU-SB 0.0393 0.0413 0.0377 0.0932 3. 95%PU-SB 0.0348 0.0292 0.0267 0.0729
Dari  Tabel  2,  diketahui  komposit  85%PU-SB  memiliki nilai  densitas  paling  tinggi,  yakni  0,1093  gr/cm 3 .  Pada tabel  tersebut,  penambahan  5%  serat  memiliki  nilai densitas  sebesar  0,0729  gr/cm 3 . Pada  penambahan  serat sebanyak 10% dan 15%, nilai densitas komposit semakin meningkat,  masing-masing  menjadi  0,0932  gr/cm 3 dan 0,1093.  Penambahan  serat  pada  komposit  dapat meningkatkan nilai densitas karena banyaknya serat dapat menciptakan void yang lebih  banyak [8]. Tingginya nilai densitas  juga  berpengaruh  pada  ukuran  sel.  Grafik  dari perhitungan densitas, ditunjukkan pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Grafik densitas komposit PU-SB

## B. Analisa Kekuatan Lentur
Analisa  sifat  mekanik  bertujuan  untuk  mengetahui kemampuan  komposit  dalam  menerima  beban  mekanik. Sebagai  aplikasi  panel  pintu  mobil,  dibutuhkan  kekuatan mekanik yang baik. Analisa mekanik yang dalam penelitian ini  berdasarkan  hasil  uji  kekuatan  lentur  komposit.  Analisa kekuatan  lentur  bertujuan  untuk  mengetahui  kekuatan komposit  ketika  dibengkokkan.      Data  hasil  perhitungan kekuatan  lentur  komposit  PU-SB  terdapat  pada  Table  3 sebagai berikut.
Tabel 3 Hasil pengujian kekuatan lentur Komposit Kekuatan Lentur ( MPa) 85%PU-SB 28,20 90%PU-SB 16,19 95%PU-SB 13,06
Dari  Table  3,  diketahui  komposit  dengan  5%  serat  bambu (95%PU-SB) memiliki kekuatan lentur paling rendah, yakni 13,06 MPa. Sedikitnya fraksi massa serat menyebabkan jarak antara serat yang jauh, sehingga kontak area antara serat dan matrik  menjadi  lemah,  dan  pengaruh  serat  sebagai  penguat menjadi  berkurang  [9].  Seiring  dengan  penambahan komposisi serat bambu, kekuatan lentur  meningkat  menjadi 16,19 MPa pada komposisi serat 10%. Dan pada komposisi serat bambu 15%, kekuatan lentur komposit mencapai 28,20 MPa.
Pengujian lentur juga dilakukan pada polyurethane murni (100%PU)  sebagai  pembanding.  Kekuatan  lentur  100%PU mencapai 44,18 MPa. Kekuatan lentur 100%PU lebih tinggi karena tidak adanya serat dapat menjadikan ukuran pori lebih halus dan seragam . Pori yang seragam menujukkan densitas yang  tinggi  dan  sifat  mekanik  yang  baik  [10].  Dari  seluruh pengujian  lentur  tersebut,  maka  diperoleh trend seperti Gambar 2 berikut.
Gambar 2. Grafik nilai kekuatan lentur komposit PU-SB
Grafik pada Gambar 2 menunjukkan rendahnya kekuatan lentur  pada  penambahan  serat  5%.  Akan  tetapi  kekuatan lentur terus meningkat pada komposisi 10% dan 15% persen. Nilai kekuatan lentur yang meningkat dengan bertambahnya komposisi  serat  dapat  terjadi  karena  peran  serat  dalam distribusi pembebanan [11].

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  data  hasil  penelitian  dan  pembahasan,  maka dapat ditarik kesimpulan bahwa penambahan serbuk bambu pada komposit PU-SB berpengaruh pada sifat fisik dan sifat mekanik  komposit.  Penambahan  15%  serbuk  bambu memiliki  nilai  densitas  sebesar  0.1093  gr/cm 3 dan  memiliki nilai kekuatan lentur tertinggi sebesar  28,20 MPa.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Program Riset Unggulan  Jurusan  tahun  2016  yang  didanai  oleh  Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI ITS.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S. Sreenivasulu,  A.  C.  Reddy,  “Mechanical  Properties Evalution of Bamboo Fiber Reinforced Composite Materials,”
India : International Journal of Engineering Research Volume No.3 (2014).
[2] O. Faruk, A. K. Bledzki, H. P. Fink, M. Sain , “Biocomposite Reinforced  with  Natural  Fibers  :  2000-2010,”    Elsevier  : Progress in Polymer Science (2012).
[3] M. Farid, Heriyanto, “Correlation of Normal Incidence Sound Absorption  Coefficient  (NAC)  and  Random  Incidence  Sound Absorption  Coefficient  (RAC)  of  Polyester/Ramie  Fibre Composite Materials,” Advance Materials Research. Vol.789, (2013) (269-273).
[4] M.  Farid,  H.  Ardhyananta, et.  al ,    “Correlation  Between Frequency  and  Sound  Absorption  Coefficient  of  Polymer Reinforced  Natural  Fiber . Advance Materials  Research. Vol.1112, (2015) (329-332).
[5] H.  P.  S.  A.  Khalil,  I.  U.  H.  Bhat,  M.  Jawaid,  A.  Zaidon,  D. Hermawan,
Y.  S.  Hadi,  “Bamboo  Fiber  Reinforced  Biocomposite  :  A Review,” Matter Des 2012. (2012) (hal. 353-368).
[6] G. Marsh,  “Next  Step  for  Automotive  Materials,”  Materials Today Apr 2003. (2003) (hal 36-43).
[7] K. C. Pradhan, P. L Nayak, ”Synthesis and Characterization of Polyurethane Nanocomposite from Castor Oil- Hexamethylene Diisocyanate  (HMDI),”  Odisha  :  Plagia  Research  Library (2012).
[8] R. Gayathri, R.Vasanthakumari, “Nanomaterials in PU Foam for Enhanced  Sound  Absorption  at  Low  Frequency  Region,” Switzerland : Advanced Materials Research Vol. 938 (2014).
[9] L. Wang, W. Ding, Y. Sun, “ Effect of Different Fiber Materials on Mechanical Properties of Polyurethane Composites,” China : 2nd  International  Workshop  on  Materials  Engineering  and Computer Sciences (IWMECS 2015) (2015).
[10] N.  F.  Acero,  ,  “Polyurethane  Foams  from  Renewable  and Sustainable  Polyols,”  Portugal  :  Instituto  Superior  Tecnico (2014).
[11] S.  J.  Kim, et.  al ,  “Mechanical  Properties  of Polypropylene/Natural Fibre
Composite  :  Comparison  of  Wood  Fiber  and  Cotton  Fibre,” Elsevier : Polymer Testing (2008).