## “ STUDY EKSPERIMENTAL PEMANFAATAN SERAT RAMI (BOEMERIA NIVEA) SEBAGAI BAHAN PENGUAT KOMPOSIT POLIMER MATRIK POLISTIREN”
Teguh Rahardjo Jurusan Teknik Mesin – Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Nasional Malang Telp. (0341) 417636 – Pes. 516, Fax. (0341) 417634

## ABSTRAK
Masih dieperlukan material yang mempunyai sifat tertentu dalam aplikasi di industri maka dikembangkan  material  non  logam  khususnya  dengan  penguat  serat  alam  yang  bersifat  lebih ringan, mudah dibentuk, tahan korosi, harga murah dan memiliki kekuatan yang sama dengan material  logam.  Salah  satu  jenis  serat  alam  yang  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pengisi  dalam material  komposit  adalah  rami  (  Boemeria  Nivea).  Serat  rami  sendiri  memiiki  karateristik  sifat yang sangat baik. Untuk mendapatkan nilai ai lebih, jika serat tersebut digunakan sebagai serat pengisi  dalam  material  komposit.. Spesies  rami  yang  terdapat  di  Indonesia  ada  dua,  yaitu Boehmeria nivea yang permukaan daunnya berwarna perak, dikenal dengan nama china grass, dan Boehmeria tenacissma dengan permukaan bawah daunnya berwarna hijau dan lebih sempit, dikenal dengan nama rhea.
Dari  hasil  pengujian  sifat  mekanik  maka  pada  komposit  dengan  variasi  jumlah  layer  serat diperoleh  hasil  peningkatan  yang  optimum  pada  setiap  penambahan  jumlah  layer  serat  sampai dengan  3  layer  serat ,  terjadi    peningkatan  kekuatan  tarik  sebesar  24,14  %  dan  peningkatan ketahanan impak sebesar  31,25 %.
Kata kunci: Serat rami; Komposit  Polimer Matrik Polistiren; Serat pengisi; jumlah 3 layer ; peningkatan kekuatan atrik ; Peningakatan kekuatan impak.

## PENDAHULUAN
Perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan teknologi dewasa ini cukup pesat,  salah satu dibidang  material  logam  dan  non  logam. Selama  ini  keberadaan  material  logam mendominasi dalam bidang industri. Namun masih  belum  terpenuhi  material  yang mempunyai  sifat  tertentu  dalam  aplikasi  di industri  maka  dikembangkan  material  non logam khususnya dengan penguat serat alam yang bersifat lebih ringan, mudah dibentuk, tahan  korosi,  harga  murah  dan  memiliki kekuatan yang sama dengan material logam. Sehingga  memang  selayaknya  jika  bahan komposit  digunakan  secara  luas  dibidang industri, otomotif, dan arsitektur. Dalam dekade ini, material komposit dengan penguat  serat  alam  telah  diaplikasikan  oleh para produsen mobil sebagai bahan penguat panel  mobil,  tempat  duduk  belakang, dashboard, dan perangkat interior lainnya.
Keuntungan pemakaian komposit: 1. Memiliki sifat mekanik yang baik.
2. Tidak mudah korosif.
3. Bahan baku yang diperoleh dengan harga yang lebih murah.
4. Memiliki  massa  jenis  yang  lebih  rendah dibanding dengan serat mineral.
Berbagai  keuntungan  tersebut  telah menumbuhkan  minat  akan  penggunaan material  alami  pada  berbagai  aplikasi. Material  alami  tidak  akan  dikhawatirkan habis  karena  dapat  diperbaharui  dengan pengembangbiakan  yang  sesuai  dengan keadaan alam indonesia.
Salah  satu  jenis  serat  alam  yang  dapat dimanfaatkan  sebagai  pengisi  dalam material  komposit  adalah  rami  ( Boemeria Nivea) .  Serat  rami  sendiri  memiiki karateristik  sifat  yang  sangat  baik.  Namun untuk  saat  ini  pemanfaatan  serat  rami  di Indonesia  sebatas  sebagai  bahan  dasar pembuatan karung, kertas dan bahan tekstil. Tentunya  akan  mempunyai  nilai  lebih,  jika serat tersebut dapat digunakan sebagai serat pengisi dalam material komposit, lebih-lebih keberadaannya  mampu  menggantikan  serat
non  alami  yang  selama  ini  masih mengandalkan impor dari luar negeri. Berdasarkan  pertimbangan  diatas,  maka dilakukan  penelitian  tentang  komposit berpenguat  serat  rami  sehingga  diketahui seberapa  besar  kekuatan  mekanik  untuk masing – masing  komposisi  serat  rami  dan matriks  maka pemanfaatannya  menjadi suatu  produk  yang  memiliki  nilai  tambah dan  diterima  oleh  masyarakat  luas. Membuktikan  sifat-sifat  mekanis  bahan komposit  dari  serat  rami  dan  plastik  (resin Polyester).

## 1. Resin (Matriks)
Resin  atau  biasa  juga  disebut  matriks berguna  sebagai  pengikat  antara  dua material  penguat,  sebagai  pelindung  dan pendukung,  serta  dapat  memberikan distribusi  dan  pemindahan  beban  diantara material  penguat,  menyalurkan  beban  ke serat  dan  menempatkan  serat  pada posisinya. Matriks mempunyai fungsi untuk mentransfer  tegangan  di  antara  serat., melindungi  permukaan  serat  dari  abrasi mekanis. Matriks  ini  memainkan  peranan yang  kecil  dalam  kapasitasnya  menerima beban  tarik.  Namun,  pemilihan  matriks berpengaruh  besar  terhadap  sifat-sifat  geser interlaminar  dan  juga  geser  in-plane  yang dimiliki  oleh  suatu  komposit.  Kekuatan geser  interlaminar  sangat  diperlukan  pada struktur-struktur  yang  menerima  beban lentur,  sementara  kekuatan  geser  in-plane sangat  dibutuhkan  bila  struktur  bekerja dengan  beban  torsi. Matriks  yang  banyak digunakan saat ini adalah dari jenis polimer atau plastik.

## 2. Resin  (Matrik) Polyester
Resin  poliester  tak  jenuh  biasa  disebut polyester karena asam tak jenuh merupakan bagian dari  asam biasa,  yang menyebabkan terdapatnya  ikatan  tak  jenuh  dalam  rantai utama  dari  polimer  yang  dihasilkan.  Resin ini berupa resin cair dengan viskositas yang rendah,  mengeras  pada  suhu  kamar  dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu percampuran. Keuntungan resin polyester adalah :
a. Tidak jenuh kaku dan rapuh.
b. Suhu  deformasi  termal  lebuh  rendah dibandingkan dengan thermoset lainnya.
c. Ketahanan dingin baik.
d. Sifat listrik lebah baik dibandingkan resin thermoset.
e. Bahan  ini  mudah  mengembang  dalam pelarut.
f. Kemampuan cuaca sangat baik dan tahan terhadap sinar ultrea violet.

## 3. Serat Rami
Saat  ini,  serat  alam  mulai  mendapat perhatian yang serius dari para ahli material komposit karena:
a. Serat  alam  memiliki  kekuatan  spesifik yang  tinggi  karena  serat  alam  memiliki berat jenis yang rendah.
b. Serat  alam  mudah  diperoleh  dan merupakan sumber daya alam yang dapat diolah  kembali,  harganya  relatif  murah, dan tidak beracun.
Gambar1. Tanaman Rami
Gambar 2. Serat rami
Tabel 1.  Sifat mekanis Serat Rami Fiber Elongation at break (%) Tensile Streng (10 E 6 N/m 2 ) Young Modulus (Gpa) Serat rami 3.6 – 3.8 400 - 938 61,4 - 128

## METODOLOGI Cara Pembuatan Spesimen Komposit
Polimer Dengan Pengerjaan Konvensional Hand Lay Up.
Langkah  pertama  adalah  melapisi cetakan  dengan  pelapis  (wax  atau  lapisan lilin) dan cetakan  dapat  dibuat  dari  gibs, kayu,  lembaran  pelat  atau  lembaran  FRP pelapisan  tersebut untuk  mencegah  cetakan lengket.  Kemudian  diikuti  lapisan  tipis  (± 0,3-0,4 mm) resin murni disebut lapisan gel yang  mempunyai  beberapa  fungsi.  Pertama menutupi  lubang  yang  tidak  teratur  pada saat  produk  diambil  dari  cetakan.  Kedua yang terpenting adalah melindungi kekuatannya  dari  serangan  embun  dimana cenderung  mengurangi  kekuatan  serat  atau resin.  Ini  menciptakan  ketahanan  impak pada permukaan dan juga menyembunyikan textur  kasar  dari  serat  penguat  (pengisi). Ketika  lapisan  gel  mulai  kering  penguat
utama  dilekatkan.  Pertama  kali  resin (polyester  tidak  jenuh  biasa  digunakan) dioleskan dan diikuti lapisan serat gelas dan membuang  udara  yang  terperangkap. Keunggulan dari teknik ini adalah kekuatan dan  ketebalan  komposit  dapat  dikontrol dengan  menambah  ketebalan  dengan  serat dan  resin  secara  terus-menerus  tergantung keinginan.  Pengeringan  dibutuhkan  pada suhu ruangan tetapi panas kadang digunakan untuk  mempercepat  proses  pengeringan. Idealnya  penghalusan  harus  dilakukan sebelum  benar-benar  kering  karena materialnya masih cukup lunak untuk pisau atau gunting bila digunakan.

## BAHAN

## Serat Penguat
Untuk serat penguat dipilih serat rami dengan data teknis sebagai berikut: Kekuatan Tarik   400 – 938 Mpa Modulus Young  61,4 – 128 Gpa
Matriks Untuk matriks dipilih resin Polyester dengan data teknis sebagai berikut: Kekuatan tarik 0,37 – 0,39 Gpa Ketahanan impak 8 – 22 Lb/Inchi
Selain  itu  diperlukan  bahan  pendukung dalam  proses  pembuatan  spesimen  yaitu bertujuan  untuk  memudahkan  pengerjaan spesimen.  Bahan  pendukung  yang  dipakai dalam  proses  pembuatan  spesimen  antara lain:
a) Wax,  berfungsi  untuk  memudahkan pelepasan spesimen dari cetakan
b) Katalis,  berfungsi  untuk  mempercepat proses pengeringan spesimen

## PEMBAHASAN
Penambahan  jumlah  layer  serat  pada komposit  polimer  dengan  resin  Polyester dengan variasi fraksi berat tetap (30% Serat rami dan 70 % Resin Polyester) mengalami kenaikan  kekuatan  tarik  pada  setiap penambahan jumlah layer serat

## Tabel 2. Pengujian Tarik Spesimen Komposit
No Uji Area mm 2 Serat Max Force Kgf/mm 2 Tensile Strength Kgf/mm 2 Elonga tion % 1 91 1 Layer serat 2855,22 31,376 7,686 2 91 2844,11 31,254 10,588 3 91 2641,10 29,023 14,105 Rata-rata 2780,14 30,551 10,793 4 91 2 Layer Serat 3018,40 33,169 11,368 5 91 3346,70 36,777 11,579 6 91 3145,80 34,569 12,281 Rata-rata 3170,30 34,838 11,742 7 91 3 Layer Serat 3390,84 37,262 5,347 8 91 3385,20 37,200 6,462 9 91 3578,00 39,319 7,579 Rata-rata 3451,35 37,927 6,463 Grafik 1. Hubungan variasi layer serat dengan kekuatan tarik 0 15 30 45 1 Layer 2 Layer 3 Layer
Seperti pada komposit dengan 2 layer serat memiliki  kekuatan  tarik  34,838  MPa  lebih tinggi  dibanding  komposit  dengan  1  layer serat  yang  memiliki  kekuatan  tarik  30,551 Mpa,  hal  ini  dikarenakan  oleh  pada komposit  dengan  1  layer  serat  terjadi pengelompokan  serat  karena  komposit hanya tersusun dengan 1 lamina serat atau 1 susunan serat sehingga distribusi beban pada
komposit  terpusat  dan  tidak  merata  seperti pada  komposit  dengan  2  layer  yang mempunyai  susunan  2  lamina  sehingga beban yang terdistribusi pada komposit lebih merata.
Sedangkan  pada  komposit  dengan  3  layer serat kekutan tariknya lebih tinggi dibanding komposit dengan 2 layer serat  yaitu 37,927 MPa  hal  ini  disebabkan  pada  komposit dengan  3  layer  serat  tersusun  dengan  3 lamina  (susunan)  serat  sehingga  distribusi beban  yang diterima komposit lebih merata pada daerah komposit.
Dengan  demikian  pada  setiap  penambahan layer  serat  sampai  dengan  3  layer  serat dengan  variasi  fraksi  berat  tetap  yaitu  30% serat  rami  dan  70  %  matrik  resin  polyester mengalami peningkatan kekuatan tarik pada setiap  penambahan  jumlah  layer  serat sampai  dengan  3  layer  serat  dengan persentase kenaikan kekuatan tarik adalah : untuk  kenaikan  dari  komposit  dengan  1 layer ke komposit dengan 2 layer serat 14,03 % dan untuk kenaikan dari komposit dengan 2  layer  serat  ke  komposit  dengan  3  layer serat 8,87 %.
Ketahanan  impak  untuk  komposit dengan matrik resin polyester yang  penguat serat rami dengan variasi jumlah layer serat 1  layer,  2  layer  dan  3  layer  cenderung meningkat hal ini disebabkan karena adanya distribusi  beban  yang  menyebar  pada komposit  dengan  penempatan  serat  secara continuos (searah) pada setiap variasi layer, sehingga  beban  yang  diberikan  tegak  lurus dengan arah serat yang continuos tersebut. Pada  komposit  dengan  variasi  serat  1  layer didapatkan  ketahanan  impak  sebesar  0,016 joule/mm² lebih kecil dari komposit dengan variasi  2  layer  serat  yang  mempunyai ketahanan  impak  0.017  joule/mm²,  hal  ini dikarenakan penyebaran serat pada komposit  dengan  variasi  2  layer  serat  lebih merata  dibandingkan  dengan  komposit dengan  variasi  1  layer  serat  yang  hanya memiliki 1 lamina (susunan serat) sehingga tidak  terjadi  pengelompokan  yang  dapat menyebabkan konsentrasi tegangan terpusat.

## Tabel 3. Pengujian impak
Bahan uji Luas (mm 2 ) Sudut awal (α) Sudut akhir (β) HI (Joule/mm 2 ) 1 Layer Serat 1. 45 45° 43° 0,009 2. 45 45° 40° 0,022 3. 45 45° 41,5° 0,016 Rata- rata 45 45° 41,5° 0,016 2 Layer Serat 1. 45 45° 42° 0,014 2. 45 45° 41° 0,018 3. 45 45° 40,5° 0,020 Rata- rata 45 45° 41,2° 0,017 3 Layer Serat 1 45 45° 41° 0,018 2 45 45° 41° 0,018 3 45 45° 39° 0,026 Rata- rata 45 45° 40,3° 0,021 Grafik 2. Harga Impak dengan Variasi Layer Serat 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 1 Layer 2 Layer 3 Layer
Sedangkan  pada  komposit  dengan  variasi  3 layer serat telihat ketahanan impak tertinggi pada  komposit  dengan  variasi  jumlah  layer serat  sampai  dengan  3  layer  serat  yaitu 0.021  joule/mm²  hal  ini  disebabkan  karena pada komposit dengan variasi 3 layer serat penyebaran  serat  lebih  merata  pada  semua luasan  daerah komposit  hal  ini  juga dikarenakan  komposit  ini  menggunakan
variasi  fraksi  berat  tetap  yaitu  30%  serat rami  dan  70%  matrik  resin  polyester sehingga  tidak  mengurangi  jumlah  fraksi berat  matrik  dalam  setiap  penambahan jumlah  layer  sehingga  tidak  mengurangi distribusi tegangan yang dapat mengakibatkan  menurunnya  ketahanan impak dari komposit.
Dengan  demikian  pada  setiap  penambahan layer  serat  sampai  dengan  3  layer  serat dengan  variasi  fraksi  berat  tetap  yaitu  30% serat  rami  dan  70  %  matrik  resin  polyester mengalami  peningkatan  ketahanan  impak pada  setiap  penambahan  jumlah  layer  serat sampai  dengan  3  layer  serat  dengan persentase  kenaikan  ketahanan  Impak adalah  :  untuk  kenaikan  ketahanan  impak dari  komposit  dengan  1  layer  ke  komposit dengan  2  layer  serat 6,25 % dan  untuk kenaikan dari komposit dengan 2 layer serat ke komposit dengan 3 layer serat 23,53 %.

## Pengamatan Struktur
Serat Rami Resin Polyester VOID (gelembung Udara )
Gambar 3. Struktur makro penampang melintang komposit dengan variasi 1 layer serat
Resin Polyster

## Serat Rami
VOID (Gelembung Udara)
Dari  pengamatan  foto  makro  penyebaran serat menjadi padat disebabkan bertambahnya  jumlah  layer  serat  pada komposit.  Perubahan  sifat  mekanik  dari komposit  diakibatkan  karena  penambahan layer serat mengakibatkan penyebaran serat lebih  merata  sehingga  tidak  terjadi pengelompokan  serat  yang  mengakibatkan beban terpusat.
Pada  komposit  dengan  variasi  1  layer  serat dapat dilihat terjadi pengelompokan jumlah serat  sebesar  30  %  fraksi  berat  serat. Sehingga mengakibatkan kekuatan tarik dan ketahanan  impak  dari  komposit  cendrung lebih rendah dibandingkan dengan komposit dengan variasi 2 layer serat. Pada  gambar  5.  terlihat  bahwa  penyebaran serat  lebih  merata  pada  komposit  dengan variasi  3  layer  serat  sehingga  distribusi beban  yang diterima komposit lebih merata hal  ini  menyebabkan  kekuatan  tarik  dan ketahanan  impak  dari  komposit  dengan variasi  3  layer  serat  lebih  besar dibandingkan  dengan  komposit  dengan variasi 2 layer serat.

## KESIMPULAN
Dari hasil pengujian tarik dapat disimpulkan bahwa  pada  komposit  polimer  dengan variasi  jumlah  layer  serat  sampai  dengan  3 layer serat didapatkan hasil tertinggi 37,927 Mpa.  Pada  pengujian  impak  dapat disimpulkan bahwa  pada komposit polimer dengan variasi jumlah serat sampai dengan 3 layer serat didapatkan hasil tertinggi  0.021 joule/mm 2 .  Dari  hasil  pengujian  sifat mekanik  maka  pada  komposit  dengan variasi  jumlah  layer  serat  diperoleh  hasil peningkatan  yang  optimum  pada  setiap penambahan  jumlah  layer  serat  sampai dengan  3  layer  serat,  yaitu  dengan peningkatan kekuatan tarik sebesar 24,14 % dan  peningkatan  ketahanan  impak  sebesar 31,25 %
Gambar 4. Struktur  makro penampang melintang  komposit  dengan variasi 2 layer serat
Resin Polyster
Serat rami VOID (Gelembung udara)
Gambar 5. Struktur makro penampang melintang  komposit dengan variasi 3 layer serat Resin Polyster
Serat Rami
VOID (Gelembung Udara)

## DAFTAR PUSTAKA
1. Berins.  Michael  L, Plastic  Engineering Handbook , 1991,    Van  nostrand reinhold, New York.
2. Gibson R.  F., Principles  of  Composite Material  Mechanics , 1994, McGraw- Hill, Inc., New York.
3. Gay,  S.V.  Hoa,  S.W.  Tsai, Composite Materials:  Design  and  Application” , 2003, CRC Press, Paris.
4. ……….,  Standart  Test  Methods  for Tensile  Properties  of  Plastics 2002, ASTM  Standards,  Plastics,  standard  on disc,vol. 08.01.
5. K.K.  Chawla, Composite  Materials: Science and Engineerin , 1987, Springer- Verlag, New York.
6. Sudjiondro, Variates  Serat  Batang (Rosella,  Kenaf,  dan  Jute), 1986, Balai Penelitian  Tembakau  dan  Tanaman Serat, Malang.
7. Schwartz M.  M., Composite  Materials Handbook, 1992,  McGraw-Hill  Int. Singapore.
8. T. Surdia, S. Saito, Pengetahuan Bahan Teknik , 2000, Pradnya Paramita, Jakarta.
9. Smallman,  R.  E.  dan    Bishop,  R.  J, Terjemahan  Sriati  Djaprie, Metalurgi Fisik  dan  Rekayasa  Material , 2000,
Erlangga, Jakarta.