## MEKANIKA – JURNAL TEKNIK MESIN
Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Volume 4 No. 1 (2018)
ANALISA PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN IMPACT MATERIAL KOMPOSIT SERAT ALAM (SERAT AGAVE DAN SERAT SANSIVERA)

## Sugeng Priyandokohadi, Candra Ahmad Rizeki
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya Jalan Semolowaru No. 45 Surabaya 60118, Tel. 031-5931800, Indonesia email: sugengp@untag-sby.ac.id

## ABSTRAK
Perkembangan  ilmu  dalam  bidang  material  mengalami  kemajuan  yang  sangat  pesat, dimana saat ini mulai banyak orang berlomba-lomba untuk membuat material dengan bobot yang  ringan,  kuat  dan  ramah  lingkungan.  Komposit  serat  alam  merupakan  perkembangan ilmu  material  yang  saat  ini  mulai  banyak  dikembangkan  karena  memiliki  sifat  yang  kuat, ringan, murah dan ramah lingkungan. Kekuatan komposit serat alam dapat dipengaruhi oleh orientasi  arah  serat.  Pada  penelitian  ini  menggunakan  orientasi  arah  serat  0˚,  0˚/45˚,  0˚/90˚ Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melihat seberapa besar pengaruh orientasi arah serat terhadap  kekuatan  tarik  dan  impact  dari  material  komposit  serat  alam.  Adapun  jenis  serat yang digunakan adalah serat sansivera dan serat agave yang digunakan sebagai penguat. Jenis komposit  yang  dibuat  pada  penelitian  ini  adalah  serat  continous  dengan  jarak  antar  serat sebesar  1  mm.  Pembuatan  komposit  menggunakan  metode  konvensional  atau  biasa  disebut dengan  metode  hand  lay  up.  Jenis  resin  yang  digunakan  adalah  resin  yukalac  157  BQTN, penambahan katalis pada resin sebanyak 1% dengan waktu pengadukan 10 menit agar resin dan  katalis  tercampur  dengan  baik.  Dari  hasil  pengujian  tarik  dan  impact  yang  dilakukan, Penguat  serat  dengan  orientasi  arah  0˚/45˚  memiliki  nilai  kekuatan  yang  lebih  tinggi dibandingkan dengan orientasi arah serat lainnya. Terdapat nilai kekuatan tarik terbesar pada orientasi  arah  serat  0˚/45˚  berpenguat  serat  agave  sebesar  65,34  Mpa  tetapi  masih  berada dibawah  nilai  kekuatan  tarik  matrik  tanpa  serat  yang  sebesar  66,06  Mpa.  Dan  nilai  harga impact  terbesar  pada  orientasi  arah  serat  0˚/45˚  berpenguat  serat  agave  sebesar  0,0467 Joule/mm², tetapi masih berada di bawah nilai impact matrik tanpa serat yaitu sebesar 0,0663 Joule/mm².
Kata kunci: arah serat, komposit serat alam, poliester resin, serat Agave , serat Sansivera

## PENDAHULUAN
Negara  Indonesia  merupakan  negara yang  memiliki  sumber  daya  alam  yang sangat  melimpah.  Beberapa  diantaranya adalah keaneka ragaman hayati yang dimiliki oleh  Indonesia.  Namun  masih  banyak pemanfaatan dari sumber daya alam tersebut yang  kurang  optimal.  Seperti  contohnya adalah limbah dari tumbuhan  yang memiliki
serat,  kurang  mendapatkan  perhatian  lebih dan terbuang percuma begitu saja.
Misalnya  saja  limbah  pohon  pisang, daun nanas, tumbuhan lidah mertua ( sansivera ),  agave  dan  lain  sebagainya  yang akan  menjadi  sesuatu  yang  sangat  berguna jika  mendapatkan  perhatian  lebih.  Tumbuh- tumbuhan  tersebut  akan  dibuang  begitu  saja ketika  sudah  memasuki  usia  tidak  produktif lagi  atau  terlihat  sudah  tidak  indah  lagi.
Padahal  jika  diurus  dengan  baik,  limbah- limbah  tersebut  akan  menghasilkan  sesuatu yang  bisa  bermanfaat  bagi  kita  semua. Limbah  dari  tumbuhan  tersebut  dapat  kita ambil  serat-serat  yang  dimilikinya  dan kemudian kita proses menjadi suatu material komposit  yang  akan  memiliki  banyak manfaat bagi kita.
Perkembangan ilmu material pada era sekarang  memang  sangat  pesat,  banyak orang yang berlomba-lomba untuk menciptakan  material  yang  memiliki  bobot yang ringan tetapi dengan sifat mekanis yang cukup  kuat,  contohnya  adalah  komposit. Komposit  merupakan  gabungan  dari  dua material atau lebih yang dijadikan satu secara makro  untuk  mendapatkan  sifat  mekanik yang  berbeda.  Ada  banyak  jenis  komposit, diantaranya  adalah  komposit  sintetis  dan komposit serat alam ( Nature Fiber Composite ). Pada saat ini komposit sintetislah  yang  mendominasi  penggunaan komposit  di  dunia.  Namun  komposit berpenguat  serat alam ( Nature  Fiber Composite )  juga  mulai  mendapat  perhatian lebih  untuk  mendapatkan  material  yang ringan,  murah  dan  bahan  yang  digunakan ramah lingkungan serta ketersedian bahan di alam cukup banyak.

## METODOLOGI
Metode  dalam  pembuatan  komposit yang digunakan adalah metode konvensional atau  sering  disebut  hand  lay  up.  Dimana pada proses ini komposit dibiarkan bersentuhan langsung dengan udara luar, dan proses pencetakan dilakukan pada temperatur ruangan.  Kelebihan  dari  metode  ini  adalah sangat  cocok  digunakan  untuk  komponen yang besar dan mudah dilakukan.
Pada  metode  ini,  jenis  resin  yang banyak  dipakai  adalah  jenis  poliester  dan epoxy.  Pembuatan  produk  komposit  dengan metode  hand  lay  up  ini  biasanya  digunakan untuk pembuatan kapal, bodi mobil, dan juga perahu.
Persiapan Alat dan Bahan 1. Pembuatan Serat Untuk  proses  pembuatan  serat,  hal pertama  yang  harus  dilakukan  adalah
menyiapkan  tumbuhan  yang  akan  dijadikan sebagai serat. Jika tumbuhan sudah disiapkan, langkah pertama adalah menghancurkan  tumbuhan  tersebut  dengan cara  memukul  sampai  hancur  hingga  mulai terlihat  serabut  seratnya.  Setelah  sebagian besar  serat  sudah  terlihat  jelas,  maka  yang dilakukan selanjutnya adalah proses pengerokan dengan lembut dan dialiri sedikit air  supaya  serat  tidak  keriting  dan  putus. Setelah serat dirasa sudah bersih dari daging daun  yang  menempel,  serat  di  keringkan dengan  cara  diangin-anginkan  saja  (tidak dijemur  dibawah  sinar  matahari  langsung). Setelah  sedikit  kering  dan  tidak  ada  lagi  air yang  menetes,  kemudian  serat  mulai  terlihat terpisah  satu  sama  lain,  maka  serat  sudah siap digunakan.
a) b) c) Gambar 1. Proses pembuatan serat
a) b) c)
Gambar 2. Cetakan komposit
Alat  yang  dibutuhkan  untuk  pembuatan komposit serat alam:
1  Gerinda 9  Triplek 2  Palu 10  Teko 3  Baut dan mur  11  Lem G 4  Kunci pass 12  Silikon 5  Gunting 13  Mirror glaze ( wax ) 6  Penggaris 14  Gerinda mini 7  Bambu 15  Bor 8  Kayu Bahan yang dibutuhkan yaitu : No Nama 1 Resin poliester yukalac 157 BQTN 2 Katalis MEPOX
3 Serat Sansivera
4 Serat Agave

## PROSES
1. Penyusunan serat
Dalam  proses  penyusunan  serat dilakukan  dengan  cara  manual, yaitu menyusun  serat  sehelai  demi  sehelai  dengan jarak  antar  serat  yaitu  1  mm.  Penyusunan dilakukan  pada  binkai  bambu  yang  sudah dibentuk  menjadi  kotak,  serat  ditempelkan pada  binkai  dengan  menggunakan  solasi double  tape  dan  juga  penggaris  untuk mengatur jaraknya.
Gambar 3. Penyusunan serat
Penyusunan serat ini dilakukan
dengan  3  model  arah  serat,  yaitu  0˚,  0˚/45˚ dan 0˚/90˚.
a)
b)
c)
Gambar 4. Model susunan arah serat 0˚, 0˚/45˚, 0˚/90˚.

## 2. Pembuatan Komposit
Dalam  proses  pembuatan  komposit serat alam ini, resin dicampur dengan katalis MEPOX dengan penambahan katalis sebanyak 1 % dari berat resin. Setelah proses pencampuran, selanjutnya dilakukan pengadukan  sampai  resin  dan  katalis tercampur  rata.  Lalu  mengoloesi  cetakan menggunakan wax agar  komposit  tidak lengket  dengan  cetakan  dan  supaya  mudah dilepas. Selanjutnya, dilakukan proses penuangan  matrik  kedalam  cetakan  yang sebelumnya  sudah  tersusun  model  serat  di dalamnya.  Lalu  diamkan  selama  6  jam  di ruangan terbuka agar mengeras dan memadat untuk menjadi komposit dan dapat dilepaskan  dari  dalam  cetakan.  Setelah  di keluarkan  dari  dalam  cetakan,  komposit dibiarkan  pada  ruang  terbuka  selama  satu hari  agar  komposit  benar-benar  kering  dan keras.
a)
b) Gambar 5. Pembuatan komposit 3. Pembuatan Spesimen Setelah dilakukan pembuatan
komposit,  maka  hal  selanjutnya  adalah membuat spesimen uji. Pembuatan spesimen uji tarik sesuai dengan standar ASTM D 638, sedangkan  spesimen  uji impact sesuai dengan ASTM D 6110. Pembuatan spesimen uji ini dibentuk secara manual  menggunakan gerinda  dan  juga  gerinda  mini.  Hal  pertama
yang  harus  dilakukan  adalah  menggambar pola bentuk spesimen uji terlebih dahulu.
Setelah  pola  sudah  dibentuk,  maka tahap  selanjutnya  adalah  membentuk  pola tersebut dengan menggunakan gerinda hingga  mencapai  ukuran  spesimen  uji  yang dibutuhkan. Selanjutnya, menggunakan gerinda  mini  untuk  menghaluskan  dan membentuk lebih detail spesimen uji.
a) b)

## c)
Gambar 6. Pembuatan spesimen uji

## 4. Pengujian spesimen
Didalam  pengujian  specimen  ini terdapat  2  macam  pengujian  ,yaitu  dengan cara uji tarik dan uji impact .
Pengujian  tarik  dilakukan  untuk mengetahui seberapa kuat komposit menerima  gaya  yang  diberikan  sampai mengalami  putusnya  material.  Pengujian tarik  yang  dilakukan  menggunakan  standar ASTM D 638.
Gambar 7. Pengujian tarik
Sedangkan  untuk  pengujian  impact sendiri bertujuan untuk mengetahui seberapa besar komposit mampu menyerap gaya yang diberikan.  Spesimen  uji impact sesuai dengan standar ASTM D 6110.
Gambar 8. Pengujian impact

## DATA dan ANALISA
Pengambilan  data  didapatkan  dari hasil  pengujian  yang  dilakukan.  Sedangkan untuk  analisa  dilakukan  dengan  tahapan sebagai berikut :
1. Menganalisa  data  hasil  pengujian  tarik dan impact .
2. Menganalisa  kekuatan  dari  komposit berpenguat serat alam.
Jumlah serat pada komposit : 1. Spesimen tarik a.) arah 0˚ sebanyak ± 60 serat b.) arah 0˚/45˚ sebanyak ± 225 serat
c.) arah 0˚/90˚ sebanyak ± 175 serat
2. Spesimen uji impact
a.) arah 0˚ sebanyak ± 130 serat b.) arah 0˚/45˚ sebanyak ± 595 serat c.) arah 0˚/90˚ sebanyak ± 540 serat

## 1.) Pengujian Tarik
Pengujian  tarik  pada  komposit  yang dilakukan,  bertujuan  untuk  mengetahui seberapa  besar  kekuatan  tarik  dari  material komposit  serat  alam.  Dalam  hal  ini,  bahan penguat  adalah  serat agave dan sansivera , sedangkan  untuk  matrik  adalah  resin poliester yukalac 157 BQTN.
Gambar 9. Grafik perbandingan kekuatan tarik
Dari  grafik  hasil  kekuatan  tarik  yang didapat,  menunjukkan  bahwa  matrik  tanpa serat / tanpa penguat memiliki kekuatan tarik yang  lebih  besar  dibandingankan  dengan penguat  itu  sendiri.  Dan  oleh  karena kekuatan  matrik  lebih  besar  daripada kekuatan  penguat,  maka  komposit  yang dibuat  memiliki  kekuatan  tarik  yang  lebih rendah  dibandingkan  dengan  matrik  tanpa penguat, seperti yang ditunjukkan oleh grafik di atas.
Dimana pada grafik di atas menunjukkan  bahwa  kekuatan  tarik  matrik sebesar  66,06  Mpa,  sedangkan  untuk kekuatan  tarik  serat  sendiri  yaitu  27,88  Mpa untuk  serat agave dan  22,39  untuk  serat sansivera.
Tetapi, jika dilihat dari orientasi arah serat,  arah  0˚/45˚  memiliki  nilai  rata-rata kekuatan  tarik  yang  lebih  besar,  baik  dari jenis serat sansivera ataupun agave dibandingkan  dengan  dua  model  arah  serat yang  lainnya.  Hal  ini  dikarenakan  orientasi arah serat 0˚/45˚ memiliki jumlah serat yang lebih  banyak.  Dan  jumlah  dari  banyaknya serat  juga  mempengaruhi  kekuatan  dari komposit itu sendiri.
Gambar 10. Perbandingan nilai modulus elastisitas
Pada gambar grafik diatas menunjukkan bahwa spesimen memiliki nilai modulus elastisitas yang besar, yang menunjukkan bahwa spesimen tersebut kaku. Semakin  besar  nilai  modulus,  makin  kecil regangan  elastik  yang  dihasilkan  akibat pemberian  tegangan.  Dimana  pada  gambar grafik  di  atas  menunjukkan  bahwa  nilai modolus terbesar ada pada meterial komposit dengan  penguat  serat sansivera dan  dengan orientasi  arah  serat  0˚/90˚,  yaitu  sebesar  1,4 Gpa. Untuk matrik tanpa serat memiliki nilai modulus sebesar 0,87 Gpa, sedangkan untuk serat  sendiri  yaitu  0,32  Gpa  untuk  serat tunggal sansivera dan  0,44  untuk  serat tunggal agave

## d.) Pengujian Impact
Pengujian  impact  komposit  serat alam  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh arah  serat  terhadap  besarnya  kemampuan spesimen uji untuk menyerap energi.
66,06 22,39 62,03 63,52 62,97 27,88 64,79 65,34 64,06 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 Serat tunggal Tanpa Serat 0˚ 0˚/45˚ 0˚/90˚ K ek u a ta n Ta rik (M Pa ) Arah Serat Grafik Perbandingan Kekuatan Tarik terhadap arah serat Tanpa serat Serat Sansivera Serat Agave 0,87 0,32 1,25 1,3 1,4 0,44 1,24 1,1 1,13 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 Serat tunggal Tanpa Serat 0˚ 0˚/45˚ 0˚/90˚ GPa Arah serat Grafik perbandingan modulus elastisitas Tanpa serat Serat Sansivera Serat Agave

## Gambar 11. Grafik perbandingan nilai harga impact
Dari  grafik  diatas,  dapat  dilihat bahwa  nilai  harga impact rata-rata  matrik tanpa serat sebesar 0,077 Joule/mm².
Sedangkan  untuk  nilai  harga impact komposit  serat  alam,  memiliki  nilai  yang lebih  rendah  dari  matrik  tanpa  serat.  Tetapi, orientasi  arah  serat  0˚/45˚  memiliki  nilai harga impact rata-rata  yang  cukup  tinggi dibanding arah serat 0˚ dan 0˚/90˚, baik dari jenis  serat  sansivera  ataupun  serat  agave, namun  masih  tetap  berada  dibawah  nilai harga impact matrik  tanpa  serat.  Ini  karena jumlah serat yang ada pada komposit dengan orientasi  arah  serat  0˚/45˚  memiliki  jumlah serat yang lebih banyak.
Hal  ini  dapat  dilihat  dari  grafik, dimana  serat  agave  dengan  orientasi  arah serat 0˚/45˚ memiliki nilai harga impact rata- rata  sebesar  0,068  Joule/mm²,  sedangkan untuk serat sansivera sebesar 0,058 Joule/mm².  Dan  untuk  arah  serat  0˚/90˚ memiliki  nilai  harga impact rata-rata  0,048 Joule/mm²  untuk  penguat  serat  agave  dan 0,036 untuk penguat serat sansivera. Kemudian  untuk serat arah 0˚ memiliki nilai harga impact rata-rata sebesar 0,036 Joule/mm²  untuk  penguat  serat  agave,  dan 0,031  Joule/mm²  untuk  nilai  harga impact rata-rata penguat serat sansivera.

## KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  didapat  dari  hasil  analisis data berupa hasil perhitungan adalah sebagai berikut :
1. Penguat pada komposit yaitu serat agave
dan serat sansivera tidak terlalu berpengaruh  pada  kekuatan  tarik  dan impact karena  memiliki  nilai  tegangan yang lebih rendah dari matrik poliester.
2. Penguat  serat  dengan  orientasi  arah 0˚/45˚  memiliki  nilai  kekuatan  yang
lebih tinggi dibandingkan dengan orientasi  arah  serat  lainnya  dikarenakan orientasi  arah  serat  ini  memiliki  jumlah serat  yang  lebih  banyak  dibandingkan dengan arah 0˚ dan 0˚/90˚.
3. Terdapat  nilai  kekuatan  tarik  terbesar pada  orientasi  arah  serat  0˚/45˚ berpenguat  serat  agave  sebesar  65,34 Mpa  tetapi  masih  berada  dibawah  nilai kekuatan  tarik  matrik  tanpa  serat  yang sebesar  66,06 Mpa.
4. Dan  nilai  harga  impact  terbesar  pada orientasi  arah  serat  0˚/45˚  berpenguat serat  agave  sebesar  0,068  Joule/mm², tetapi  masih  berada  di  bawah  nilai impact matrik  tanpa  serat  yaitu  sebesar 0,077 Joule/mm².

## REFERENSI
Arif  Nurudin,  Achmad  As’ad  Sonief,
Winarno  Yahdi  Atmodjo,  Karakterisasi Kekuatan
Mekanik Komposit
Berpenguat  Serat  Kulit  Waru (Hibiscus Tiliaceus) Kontinyu  Laminat  Dengan Perlakuan  Alkali  Bermatriks  Polyester, Jurnal  Rekayasa  Mesin  Vol.2,  No.  3 Tahun  2011  :  209-217,  Jurusan  Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Cirebon, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang.
ASTM D 638-02, 2002, Standart test method for  tensile  properties  of  plastics. Philadelphia, PA : American Society for Testing and Materials.
ASTM  D  6110  –  04, Standart  Test  Method For  Determining  the  Charpy  Impack
0,077 0,031 0,058 0,036 0,036 0,068 0,048 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060 0,070 0,080 0,090 Tanpa Serat 0˚ 0˚/45˚ 0˚/90˚ J o u le/m m 2 Arah Serat Grafik perbandingan nilai harga impact terhadap arah serat Matrik tanpa serat Serat Sansivera
Serat Agave
Resistance  of  Notched  Spesimen  of Plastic. PA  : American  Society  for Testing and Materials. Delni,  Astuti, pembuatan  dan  karakterisasi sifat mekanik bahan komposit serat daun nena s-polyester ditinjau  dari  fraksi massa  dan  orientasi  serat.  JURNAL FISIKA UNAND Vol. 3, No. 1, Januari 2014, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Andalas  Kampus  Unand,  Limau  Manis, Padang,  25163.  (  Diakses  tanggal 25/10/2016 ). Eqita dan Lizda, Pembuatan Dan Karakteristik Komposit Polimer Berpenguat Bagasse. JURNAL TEKNIK  POMITS  Vol.2,  No.2  (2013) ISSN:  2337-3539  (2301-9271  Print), Jurusan Teknik Fisika, Fakultas
Teknologi  Industri,  Institut  Teknologi
Sepuluh  Nopember  (ITS).  (  Diakses tanggal 25/10/2016 ).
Firman  Yasa  Utama,  Hanna  Zakiyya, Pengaruh  Variasi  Arah  Serat  Komposit
Berpenguat Hibrida Fiberhybrid Terhadap  Kekuatan  Tarik  Dan  Densitas
Material  Dalam  Aplikasi Body  Part Mobil.  JURNAL  MEKANIKA  Vol.15 No.2  September  2016,  Jurusan  Teknik Mesin,  Fakultas  Teknik,  Universitas
Negeri Surabaya.
Hendri Hestiawan, Jamasri, Kusmono, Pengaruh Penambahan Katalis Terhadap Sifat  Mekanis  Resin  Poliester  Tak Jenuh.  JURNAL  TEKNOSIA  Vol.3,
No.1,  Maret  2017,  Departemen  Teknik Mesin  dan  Industri,  Fakultas  Teknik, Universitas Gadjah Mada. http://adenholics.blogspot.in/2008/03/keungg
ulan-komposit.html . ( Diakses tanggal 27/10/2016 ).
https://fitransyah.wordpress.com/2013/10/22
/fungsi-matrik-komposit/ ( Diases tanggal 15/10/2016 ). https://id.scribd.com/doc/114100451/Artikel- Dinamika-mengenal-Bahan-Komposit- Berpenguat-Serat-Alam . ( Diakses tanggal 25/04/2016 ).