## ANALISIS PENGARUH DIMENSI PANJANG SERAT DAN KANDUNGAN SERAT ECENG GONDOK TERHADAP KEKUATAN IMPAK MATERIAL KOMPOSIT RESIN EPOKSI
Fajar Gilang Putra Ramadhan 1 dan Muhamad Fitri 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta
E-mail: gilangfajar3112@gmail.com
Abstrak-- Serat  alam  Eceng  Gondok  banyak  digunakan  untuk  berbagai  macam  penelitian  ilmiah. Dalam  penelitian  ini,  dilakukan  pengujian  impak  material  komposit  matriks  epoksi  diperkuat  serat eceng  gondok  menggunakan  fraksi  volume  10%,  dengan  variasi  panjang  serat  25mm,  50mm,  dan 70mm  dengan  model  serat  kontinu  searah.  Metode  yang  digunakan  adalah  metode  eksperimen. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis kekuatan impak material komposit yang diperkuat serat eceng  gondok  dengan  menggunakan  matriks  epoksi  dengan  standar  ISO  179,  dan  memprediksi panjang serat yang optimum yang memiliki kekuatan impak tinggi menggunakan metode regresi. Hasil pengujian impak dari spesimen, angka kekuatan impak tertinggi pada komposit dengan panjang serat 70mm sebesar 6,87 kJ/m 2 , disusul dengan komposit dengan panjang serat 50mm sebesar 6,84 kJ/m 2 . Kekuatan  impak  terendah  pada  komposit  dengan  panjang  serat  25mm  sebesar  5,80  kJ/m 2 .  Data kekuatan  dianalisis  menggunakan  metode  regresi  sehingga  diperoleh  persamaan  regresi  dari kekuatan impak material komposit resin di perkuat serat eceng gondok. Dari hasil penelitian ini, resin epoksi yang digunakan sebagai matriks memiliki kekuatan mekanik yang lebih baik, bila dibandingkan dengan resin lainnya.
Kata kunci: komposit, eceng gondok, dimensi serat, kandungan serat, uji impak, metode regresi
Abstract-- Water  hyacinth  natural  fiber  is  widely  used  for  various  kinds  of  scientific  research.  In  this study,  the  impact  test  of  an  epoxy  matrix  composite  material  reinforced  with  water  hyacinth  was carried out using a volume fraction of 10%, with variations in fiber length of 25mm, 50mm, and 70mm with  a  unidirectional  continuous  fiber  model.  The  method  used  is  the  experimental  method.  The purpose of this research is to analyze the impact strength of composite materials reinforced with water hyacinth fiber using epoxy matrix with ISO 179 standard, and predict the optimum fiber length that has high impact strength using regression method. The results of the impact test of the specimen showed that  the  highest  impact  strength  was  in  the  composite  with  a  fiber  length  of  70mm  of  6.87  kJ/m2, followed by a composite with a fiber length of 50mm of 6.84 kJ/m2. The lowest impact strength in the composite  with  a  fiber  length  of  25mm  is  5.80  kJ/m2.  The  strength  data  were  analyzed  using  the regression  method  so  that  a  regression  equation  was  obtained  from  the  impact  strength  of the  resin composite material reinforced with water hyacinth fibers.  The result of this research, epoxy resin used as a matrix has better mechanical strength compared to other resins.
Keywords: composite, water hyacinth, fber dimensions, fiber content, impact test, regression method

## 1. PENDAHULUAN
Seiring  dengan  perkembangan  teknologi  yang semakin pesat mendorong banyaknya penemuan beberapa  teknologi  alternatif  sebagai  cara  dalam memenuhi  kebutuhan  masyarakat,  khususnya pada  bahan  material.  Bahan  material  yang dibutuhkan adalah bahan material yang berkualitas  dan  memiliki  sifat  mekanik  yang tinggi. Karenanya berkembanglah material komposit, Yaitu kombinasi dua atau lebih material dasar yang menghasilkan material yang memeiliki sifat  mekanis  yang  unggul  dari  sifat  mekanik material-material pembentuknya [1]
Material komposit tersusun dari dua gabungan  atau  lebih  bahan  yang  tergabung secara  makroskopis  yang  berfungsi  sebagai memberikan  hasil  kekuatan  komposit  yang
penguat dan matrik yang akan berpengaruh pada sifat  mekanik.  Bahan  matrik  umumnya  adalah polimer dan penguatnya dapat berupa serat, baik serat alam atau serat buatan [2].
Material  komposit  digunakan  dalam  banyak aplikasi seperti dirgantara, otomotif, luar angkasa, dan lain-lain. Selain itu komposit juga dimanfaatkan sebagai poros penggerak komposit transmisi  daya  yang  digunakan  dalam  banyak aplikasi,seperti  pada  cooling  tower,  perangkat pompa,  peralatan  ruang  angkasa,  struktur,  dan mobil [3].
Secara  umum,  material  komposit  terdiri  dari dua unsur, yakni matriks sebagai bahan pengikat dan serat yang berperan sebagai bahan penguat. Gabungan   dari  serat  dan  matriks  ini   akan
berbeda  dengan  sifat  dan  karakter  dari  bahan dasar  yang  menyusun  suatu  material  komposit [4]. Ada beberapa variasi arah serat yang banyak dijadikan  sebagai  penelitian,  diantaranya  serat partikulat,  serat  pendek  berorientasi  acak,  serat kontinu  searah,  dan  serat  woven  [5].  Dari beberapa  para  peneliti  terdahulu,  yang  banyak digunakan  sebagai  penguat  pada  material komposit  adalah  jenis  serat  sintetis  yang  tidak dapat  diperbarui.  Faktanya,  banyak  serat  alam yang  belum  dimanfaatkan  secara  maksimal menjadi hal  yang bermanfaat  bagi manusia serat [6].
Salah  satu  serat  tumbuhan  yang  banyak tersedia  namun  pemanfaataanya  masih  kurang adalah adalah eceng gondok. Tumbuhan ini lebih bersifat  mengganggu  baik  di  sungai  maupun  di danau-danau di Indonesia karena pertumbuhannya  yang  sangat  cepat  sehingga cenderung  menjadi  sampah,  serta  menimbulkan permasalahan tersendiri terkait lingkungan. Karenanya  bila  tanaman  eceng  gondok  bisa dimanfaatkan sebagai penguat material komposit, maka  selain  akan  mendapat  keuntungan  dari pemanfaatan tersebut juga bahkan akan memperbaiki  lingkungan  menjadi  lebih  bersih. Diantara  penelitian  yang  telah  dilakukan  terkait penggunaan  serat  alami  adalah  penelitian tentang    Pengaruh  Prosentase  Serat  Kelapa Sawit  Terhadap  Umur  Fatik  Beban  Aksial Komposit Matriks Resin [7].
Penelitian terdahulu mengkaji tentang pengaruh  dimensi  panjang  serat  terhadap kekuatan  impak  komposit  diperkuat  serat  eceng gondok  menggunakan  matriks  polyester.  Serat eceng  gondok  Hasil  dari  penelitian,  kekuatan impak  tertinggi  pada  komposit  dengan  panjang serat  50  mm  yang  mempunyai  kekuatan  impak sebesar  0,02344  J/mm2,  sedangkan  kekuatan impak  terendah  pada  komposit  dengan  panjang serat  100  mm  yang  mempunyai  kekuatan  impak sebesar 0,0010836 J/mm2 [8].
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis  kekuatan  impak  material  komposit yang  diperkuat  serat  eceng  gondok  dengan menggunakan  matriks  epoksi  dengan  standar ISO  179,  dan memprediksi  panjang  serat  yang optimum  yang  memiliki  kekuatan  impak  tinggi menggunakan metode regresi.

## 2. METODE PENELITIAN
Secara  garis  besar,  diagram  alir  penelitian  tugas akhir pengujian impak material komposit diperkuat  serat  eceng  gondok  menggunakan matriks epoksi terdiri dari beberapa tahap, yaitu : 1. Tahap Persiapan Alat dan Bahan 2. Tahap Pembuatan spesimen
3. Tahap Pengujian Impak
4. Tahap Pemeriksaan Hasil
5. Tahap Penyajian Data.
Untuk  lebih  jelasnya,  berikut  ini  merupakan diagram  alir  penelitian  yang  digambarkan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Pada tahap  ini dipersiapkan Alat dan  bahan untuk  keperluan  pembuatan  spesimen.  Adapun Alat  yang  dipersiapkan  meliputi  Alat  pencetak Spesimen, timbangan digital, Jangka Sorong, Alat Uji  Impak  ISO  179.  Bahan  yang  dipersiapkan yaitu  resin  epoksi,  hardener,  dan  Pasta  anti lengket.
Gambar 2. Alat Pencetakan Spesimen
Gambar 3. Alat Timbangan Digital
. Gambar 4. Jangka Sorong
Gambar 5. Alat Uji Impak ISO 179
Gambar 6 . Bahan Resin epoksi dan Hardener
Gambar 7. Pasta Anti Lengket

## 2.1  Preparasi Serat Eceng Gondok
Preparasi  serat  eceng  gondok  bertujuan  untuk merapihkan serat eceng gondok dari bentuk awal berupa  gulungan  yang  tidak  beraturan  kemudian dipilah  dan  dipotong  satu  per  satu  berdasarkan kriteria  dan  ukuran  yang  ditentukan.  Serat  eceng gondok  yang  dipilih  dipotong  dengan  varian panjang serat 25 mm, 50mm, dan serat panjang.
Gambar 8. Serat Eceng Gondok

## 2.2 Pembuatan Spesimen
Spesimen  dibuat  dengan  mengacu  kepada  alat uji  impak  yang  terdapat  di  Universitas  Mercu Buana  Jakarta  dengan  standar  ISO  179.  Dalam proses ini, spesimen dibuat dengan metode hand lay-up, dan teknik pencetakan (casting)
menggunakan  alat  pencetak  spesimen.  Dalam proses ini, semua komponen seperti resin epoksi yang sudah dicampu dengan hardener dituangkan  ke  dalam  cetakan  dan  dibiarkan mengalir  oleh  gravitasi,  kemudian  dimasukkan serat  dengan  model  serat  kontinu  searah, kemudian  kembali  tuangkan  resin  kembali  dan tunggu hingga mengeras.
Setelah  24jam,  segera  lepas  spesimen  dari cetakan dengan hati hati, agar tidak terjadi patah atau  rusak  pada  bagian  yang  akan  diuji.  Setelah dilepas,  tunggu  sampai  spesimen  benar  benar kering sempurna untuk dilakukan proses selanjutnya.  Setelah  semua  spesimen  kering, pastikan semua spesimen diukur kembali, sesuai dengan  standar  pengukuran  ISO  179.  Jika dimensi  ada  yang  melebihi,  maka  akan  segera dilakukan  perbaikan  secara  perlahan  untuk mendapatkan ukuran yang sesuai.
Gambar 9. Pembuatan Spesimen sesuai standar ISO 179 [9].
Pada penelitian ini, menggunakan perhitungan  dengan  fraksi  volume.  Berikut  ini merupakan  tabel  bahan  penyusun  pembuatan spesimen komposit dengan fraksi volume.
Tabel 1 . Perbandingan fraksi volume
Poros komposit Penguat Matriks Serat Eceng gondok (10%) Resin epoksi (45%) Hardener (45%) 0,2 gr 10,22 gr 8,11 gr

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  melakukan  pengujian  impak,  didapatkan angka  energi  impak  dengan  satuan joule (J). Untuk  mendapatkan  angka  kekuatan  impak, maka  perlu  dilakukan  perhitungan  dari  data  uji impak  dengan  menggunakan  persamaan  yang sesuai  dengan  rumus  perhitungan  kekuatan impak dibawah ini di bawah ini: [10]
A cN = 3 (1)
Dimana :
A cN =  kekuatan tumbukan Charpy (kJ/m 2 ) E c = energi terkoreksi (J) h  = ketebalan material (mm) b N = lebar yang tersis (milimeter), dari benda uji.

## 3.1 Pembahasan Hasil Pengujian
Berikut  ini,  merupakan  hasil  pengujian  impak komposit  yang  tampilkan  pada  Tabel  2.  dan Gambar 10. berikut:
Tabel 2 . Data hasil pengujian Impak

## Gambar 10 . Grafik hasil pengujian Impak
Dari  pengujian  tersebut  didapatkan  angka kekuatan impak tertinggi rata rata pada komposit dengan  panjang  serat  70  mm,  yaitu  6,87  kJ/m2. Sedangkan  kekuatan  impak  terendah  rata-rata pada  komposit  dengan  panjang  serat  25  mm, yaitu  5,80  kJ/m 2 .  Dari  hasil  penelitian  ini,  resin epoksi  yang  digunakan  sebagai  matriks  memiliki kekuatan mekanik yang lebih baik, bila dibandingkan  dengan  resin  lainnya.  Berikut  ini merupakan  grafik  hasil  penelitian  yang  disajikan pada Gambar 10.
Hubungan antara panjang serat dengan rata rata  kekuatan  impak  ditunjukan  dalam  bentuk kurva  S-N  dengan  regresi  polinomial.  Dengan Microsoft  Excel, akan  didapat  grafik  hubungan antara  panjang  serat  dengan  kekuatan  impak material komposit. Kurva S-N dari hasil pengujian ditunjukan pada Gambar 11.
Gambar 11. Gambar Kurva Regresi
6,32 5,8 6,84 6,87 5,6 5,8 6 6,2 6,4 6,6 6,8 7 0 20 40 60 80 Ke ku atan Impa k (kJ/M 2 Panjang Serat Komposit diperkuat serat

## Eceng gondok
6,32 5,8 6,84 6,87 y = -3E-05x 3 + 0,0035x 2 - 0,0902x + 6,32 R² = 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 20 40 60
80 Analisis Regresi Polinomial
Dari  Gambar  11,  didapat persamaan  regresi polynomial  dari  grafik  tersebut  yakni  sebagai berikut.
y = -3E-05x 3 + 0,0035x 2 - 0,0902x + 6,32 (2)
Selanjutnya persamaan regresi ini dapat digunakan  untuk  memprediksi  kekuatan  impak material  resin  diperkuat  serat  eceng  gondok untuk  berbagai  panjang  serat.  Contoh,  bila diinginkan  untuk  memprediksi  berapa  kekuatan impak  material  komposit  resin  diperkuat  serat eceng  gondok  dengan  panjang  serat  60mm. Maka,  prediksi  kekuatan  impaknya  adalah sebagai berikut :
x = 60mm maka
y = -3E-05x 3 + 0,0035x 2 - 0,0902x + 6,32
= -3E-05(60) 3 + 0,0035(60) 2 - 0,0902(60) + 6,32 = 7,028 kJ/m 2 . (3)

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Dari  hasil  pengujian  dan  analisis  data  pengujian impak  material  komposit  diperkuat  serat  eceng gondok  dengan  kandungan  serat  10%,  maka didapat kesimpulan sebagai berikut:
1. Pengujian  impak  yang  telah  dilakukan  pada material  komposit  diperkuat  serat  eceng gondok  (fraksi  volume  10%  serat  90% matriks) diperoleh hasil sebagai berikut. a.  Pengujian  impak  pada  material  resin murni,  didapat  angka  kekuatan  impak sebesar 6,32 kJ/m 2
b.  Pengujian  impak  pada  material  komposit dengan  panjang  serat  25mm,  didapat angka  kekuatan  impak  sebesar  5,80 kJ/m 2
c.  Pengujian  impak  pada  material  komposit dengan  panjang  serat  50mm,  didapat angka  kekuatan  impak  sebesar  6,84 kJ/m 2 .
d.  Pengujian  impak  pada  material  komposit dengan  perlakuan  serat  panjang,  didapat angka  kekuatan  impak  sebesar  6,87 kJ/m 2 .
Kekuatan  impak material komposit diperkuat serat  eceng  gondok  mempunyai  kekuatan impak  terbesar  yakni  6,87  kJ/m 2 yang terdapat  pada  komposit  dengan  komposisi serat panjang. Sedangkan kekuatan impak
terkecil yakni 5,80 kJ/m 2 .
2. Hasil  Pengujian  impak  material  komposit diperkuat  serat  eceng  gondok  didapat persamaan regresi untuk memprediksi panjang  serat  yang  optimum  sebagai berikut:
y = -3E-05x 3 + 0,0035x 2 - 0,0902x + 6,32
Saran  dari  hasil  pengujian  dapat  dijelaskan dengan poin sebagai berikut:
1.  Hasil  penelitian  ini  masih  sangat  general karena  factor  yang  diteliti  hanya  panjang serat,  Padahal,  dari  beberapa  referensi  sifat mekanis  material  komposit  dipengaruh  oleh banyak  faktor  selain  dari  panjang  serat seperti  prosentase  kandungan  serat,  fraksi hardener,  dan  lain  sebagainya.  Karenanya, perlu dilakukan  penelitian  lebih  lanjut  dari factor factor tersebut.
2.  Perlu  juga  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut untuk  meneliti  sifat  mekanis  yang  lainnya selain  kekuatan  impak  seperti  kekuatan Tarik, kekuatan fatik dan lain sebagainya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] W.  D.  Callister  and  D.  G.  Rethwisch, Fundamentals  of  Materials  Science  and Engineering:  An  Integrated  Approach,  4th Edition: Si Version . Wiley, 2013.
[2] Mardjuki,  ‘Pemanfaatan  enceng  gondok sebagai  penguat  fiber  glas  terhadap kekuatan tarik’, pp. 213–221, 2006.
[3] A.  Kareem,  F.  H.  Luay,  S.  Mohammed, and  H.  Jawad,  ‘Experimental  and  artificial neural  network  ANN  investigation  of bending  fatigue  behavior  of  glass  fiber  / polyester  composite  shafts  Experimental and artificial neural network ANN investigation  of  bending  fatigue  behavior of  glass  fiber  /  polyester  compos’, J. Brazilian  Soc.  Mech.  Sci.  Eng. ,  no.  April 2018,  2019,  doi:  10.1007/s40430-018- 1098-4.
[4] K.  Mukmin, Pengaruh  Arah  Serat  Ijuk
Terhadap  Kekuatan  Tarik  Dan  Bending Material Komposit Serat Ijuk-Epoxy . 2019. [5] Budynas dan Nisbett, Mechanical Engineering  Design  9th  edition ,  McGraw- Hil.  New  York:  McGraw-Hill  Companies, 2011.
[6] M. Fitri and S. Mahzan, ‘The effect of fibre content,  fibre  size  and  alkali  treatment  to Charpy impact resistance of Oil Palm fibre reinforced  composite  material’, IOP  Conf. Ser.  Mater.  Sci.  Eng. ,  vol.  160,  no.  1,
2016, doi: 10.1088/1757- 899X/160/1/012030. [7]
M.  Fitri,  ‘Pengaruh  Prosentase  Serat Kelapa Sawit Terhadap Umur Fatik Beban Aksial Komposit Matriks Resin’, Rotasi ,
vol.  21,  no.  4,  p.  215,  2019,  doi: 10.14710/rotasi.21.4.215-223.
[8] P.  I.  Purboputro,  ‘Pengaruh  Panjang  Serat Terhadap Kekuatan Impak Komposit
Enceng Gondok Dengan Matriks Poliester’, Media Mesin Maj. Tek. Mesin , vol. 7, no. 2, pp. 70 –76, 2017, doi: 10.23917/mesin.v7i2.3088.
[9] ISO  179- 1:2010,  ‘International  Standard ISO  179- 1’, 61010-1  ©  Iec2001 ,  vol.  2003, p. 13, 2003.
[10] M.  Fitri  and  S.  Mahzan,  ‘The  Regression Models of Impact Strength of Coir Coconut Fiber  Reinforced  Resin  Matrix  Composite Materials’, Int.  J.  Adv.  Technol.  Mech. Mechatronics  Mater. ,  vol.  1,  no.  1, pp.  32 –
38, 2020, doi: 10.37869/ijatec.v1i1.12.