AME(Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin  6 (2) , pp 55-61

## ANALISIS SIFAT MEKANIK MATERIAL KOMPOSIT PLASTIK HDPE BERPENGUAT SERAT AMPAS TEBU DITINJAU DARI KEKUATAN TARIK DAN BENDING
Bambang Margono 1 , Haikal 1 * , Lujeng Widodo 2
1 Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Warga Surakarta, Indonesia, 57552
2 Program Studi Kimia Tekstil, Sekolah Tinggi Teknologi Warga Surakarta, Indonesia, 57552

## ABSTRAK
Dalam studi ini, penelitian mengenai investigasi sifat-sifat mekanik dari material komposit serat alami yang berbahan matriks HDPE dan reinforced serat ampas tebu ( baggase ) telah dilakukan. Komposit dibuat dengan cara pressured sintering dengan variasi fraksi volume antara matriks dan reinforced berturut turut 40% : 60%, 50%  :  50%,  dan  60%  :  40%.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  prosentase  serat  ampas  tebu  sangat berpengaruh  terhadap  kekuatan  tarik  dan  bending  komposit.  Peningkatan  volume  fraksi  serat  ampas  tebu berdampak terhadap terbentuknya rongga-rongga di dalam komposit yang berakibat pada penurunan kekuatan. Kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada komposisi plastik HDPE dan serat ampas tebu volume sebesar 60% : 40% dengan nilai rerata 15.5 MPa. Sedangkan kekuatan bending tertinggi diperoleh pada komposisi plastik HDPE dan serat ampas tebu volume sebesar volume 60% : 40% dengan nilai rerata 16.8 MPa.
Kata kunci :  baggase; komposit; matriks HDPE; sifat-sifat mekanik.

## ABSTRACT
This  study,  research  on  the  investigation  of  the  mechanical  properties  of  natural  fiber  composite materials  made  from  HDPE  matrix  and  reinforced  fiber  of  bagasse  has  been  done.  The  composites were  prepared  by  pressured  sintering  with  variation  of  volume  fraction  between  matrix  and reinforced  respectively  40%:  60%,  50%:  50%,  and  60%:  40%.  The  results  showed  that  the percentage of bagasse fiber greatly affect the tensile strength and bending strength of composite. An increase  in  the  volume  of  the  bagasse  fibers  affects  the  formation  of  cavities  within  the  composite resulting  in  a  decrease  in  strength.  The  highest  tensile  strength  was  obtained  on  HDPE  plastic composition and 60%: 40% bagasse fiber with a mean value of 15.5 MPa. While the highest bending strength obtained on HDPE plastic composition and bagasse fiber volume of 60%: 40% with a mean value of 16.8 MPa.
Keywords : baggase; composite; HDPE matrix; mechanical properties.
* Penulis korespondensi Email: haikal@sttw.ac.id
Diterima 13 Juni 2020; Penerimaan hasil revisi 02 September 2020; Disetujui 18 September 2020 Tersedia online 30 September 2020 AME (Aplikasi Mekanika dan Energi): Jurnal Ilmiah Teknik Mesin © 2020
Volume 6 Nomor 2 September 2020 pp 55-61 Website: http://ejournal.uika-bogor.ac.id/index.php/ame/index

## 1. PENDAHULUAN
Pengembangan  di  sektor  industri  pertahanan dalam memproduksi sistem persenjataan merupakan agenda  nasional  yang  masih  menjadi  perhatian khusus oleh suatu negara berkembang. Penggunaan teknologi  permesinan  yang  maju  telah  diupayakan sebagai  langkah  untuk  membuat  persenjataan  yang canggih. Selain itu, penerapan material terbaharukan juga  dilakukan  untuk  meningkatkan  efisien  dari produk persenjataan.
Komposit merupakan suatu material terbaharukan  yang  banyak  diterapkan  oleh  industri pertahanan dalam pembuatan bodi kendaraan seperti pesawat terbang, perkapalan maupun kendaraan roda empat. Hal ini berkaitan dengan sifat dari komposit itu  sendiri  yang  memiliki  keunggulan  antara  lain berat  lebih  ringan,  ketahanan  terhadap  korosi  yang tinggi serta biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya  jumlah  komponen  dan  baut-baut penyambung. Komposit tebuat dari gabungan antara dua atau lebih material pembentuk dengan campuran yang  tidak  homogen,  dimana  sifat  mekanik  dari masing-masing  material  pembentuknya  berbeda (Widodo 2008). Secara garis besar menurut Daniel, Ishai  et  al.  (1994)  ada  tiga  macam  jenis  komposit berdasarkan  penguat  yang  digunakannya  yaitu pertama Fibrous  Composites (Komposit  Serat) merupakan  jenis  komposit  yang  hanya  terdiri  dari satu lamina atau lapisan yang menggunakan penguat berupa serat atau fiber. Kedua Laminade Composites (Komposit Laminat) merupakan jenis komposit yang terdiri  dari  dua  lapis  atau  lebih  yang  digabung menjadi  satu  dan  setiap  lapisnya  memiliki karakteristik  sifat  sendiri.  Ketiga Particulate Composites (Komposit Partikel) merupakan komposit  yang  menggunakan  partikel  atau  serbuk sebagai  penguatnya  dan  terdistribusi  secara  merata dalam matriksnya.
Material komposit dapat tersusun dari material sintetis,  kombinasi  antara  material  sintetis  dengan bahan  alami  atau  kombinasi  antara  bahan  alami. Penelitian mengenai komposit dengan menggunakan bahan  alami  telah  dilakukan  sejak  tahun  1981  oleh peneliti sebelumnya yaitu Lakkad dan Patel (1981). Penelitian komposit serat alami dengan menggunakan  serat  kelapa  telah  dilakukan  oleh Maryanti,  Sonief  et  al.  (2011).  Selain  itu, penggunaan  serat  alami  nanas  sebagai  bahan pembuat komposit juga telah diteliti oleh Kurniawan (2012).  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  fraksi berat  berpengaruh  terhadap  kekuatan  mekanik  dari material  komposit.  Selain  fraksi  berat,  pengaruh panjang  serat  juga  berdampak  terhadap  sifat
mekanik  komposit.  Hal  ini  dibuktikan  oleh  peneliti sebelumnya  yaitu  Purboputro  (2006)  yang  telah melakukan penelitian dengan variasi panjang serat.
Ampas tebu merupakan salah satu limbah alami yang  banyak  ditemukan  di  Negara  Indonesia. Penelitian  mengenai  komposit  alami  berbahan penguat  ampas  tebu  telah  dilakukan  oleh  beberapa peneliti  sebelumnya.  Yudo  dan  Jatmiko  telah melakukan penelitian mengenai komposit berpenguat  serat  ampas  tebu  ditinjau  dari  kekuatan tarik dan impak (Yudo and Jatmiko 2008). Pengaruh komposisi  campuran  filler  terhadap  kekuatan bending  komposit  ampas  tebu  dengan  serbuk  kayu juga  telah  dilakukan  oleh  Rianto  (2011).  Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi campuran yang  sama  yaitu  20%  ampas  tebu  dengan  20% serbuk  kayu  dapat  menghasilkan  kekuatan  bending dengan  nilai  tertinggi  Clareyna  dan  Mawarani (2013)  telah  melakukan  penelitian  mengenai karakteristik  komposit  polimer  berpenguat  serat ampas tebu.
Berdasarkan  hasil  riset  sebelumnya  telah menunjukkan bahwa fraksi volume pada pembuatan komposit  berbahan  serat  alami  sangat  berpengaruh terhadap  sifat  mekanik  dari  komposit  tersebut. Akhir-akhir ini telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh  fraksi  volume  dari  serat  hybrid  yaitu penggabungan  antara  serbuk  kalsium  karbonat (CaCO3)  dan  serat  ampas  tebu  (bagasse)  untuk aplikasi  pada  bodi  kendaraan  (Perdana  2016). Walaupun  penerapan  serat  ampas  tebu  sebagai bahan  penguat  serat  komposit  telah  banyak dilakukan  oleh  peneliti  sebelumnya.  Namun demikian,  perpaduan  komposisi  antara  ampas  tebu dengan  bahan  tertentu  dalam  pembuatan  komposit serat  alami  akan  memiliki  karakteristik  yang berbeda-beda. Oleh karena itu, peneliti pada tulisan ini  telah  melakukan  investigasi  perpaduan  antara limbah  serat  ampas  tebu  dengan  plastik  HPDE sebagai bahan pembuatan komposit serat alami serta menganalisa  sifat  mekanik  komposit  tersebut ditinjau dari kekuatan tarik dan bending.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Bahan dan Peralatan Penelitian
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah  pastik  HDPE  yang  merupakan  hasil  limbah botol  susu  atau  jerigen  yang  diperoleh  dari  CV. Vanilla Plastik, Jl. Raya Gawok Kluyon, Desa Waru, Kecamatan Gatak, Sukoharjo. Limbah plastik HDPE dipotong-potong  dengan  ukuran ±  10  mm lalu dicuci  dan  dikeringkan  dengan  sinar  matahari.
HDPE yang sudah kering kemudian digiling dengan menggunakan  mesin chruser hingga  menjadi butiran-butiran.  Butiran-butiran  HDPE  disaring dengan  menggunakan  mesh  30.  Ampas  tebu didapatkan dari PG. Tasikmadu Karanganyar, Ngijo Tasikmadu,  kabupaten  Karanganyar.  Ampas  tebu yang  sudah  dicuci  dan  dibersihkan  kemudian diambil  seratnya  lalu  dipotong-potong  dengan panjang  5  mm.  Selanjutnya  serat  ampas  tebu direndam  ke  dalam  larutan  NaOH  5%  untuk menghilangkan kandungan liknin atau gabus selama 30 menit kemudian dijemur dibawah sinar matahari sampai kering.

## 2.2 Pembuatan Sampel
Penentuan sampel dilakukan dengan menggunakan metode Purposive Sampling . Sampel dalam  penelitian  ini  adalah  komposit  serat  ampas tebu  dengan  serbuk  HDPE  yang  mempunyai komposisi  campuran filler seperti  ditunjukkan  pada Tabel 1.
Setiap  variasi  volume  serbuk  HDPE  dan  serat ampas  tebu  dicampur  dalam  satu  wadah,  kemudian dicampur  menggunakan  mixer  dengan putaran 60  rpm  selama  5  menit. Isophrophil alcohol ditambahkan pada saat proses pencampuran berlangsung  (Wang,  Hsu  et  al.  2009).  Bahan komposit  yang  sudah  tercampur  rata  dituang  ke dalam  cetakan  kemudian  dicetak  menggunakan hot press  machine pada  suhu  165°C  selama  15  menit dengan  tekanan  100  kg/cm².  Sampel  komposit dibuat  sebanyak  3  buah  untuk  setiap  variasi komposisi filler .
Tabel 1. Komposisi campuran filler serat ampas tebu dengan serbuk HDPE Spesimen Variasi Volume HDPE Serat Ampas Tebu I 60% 40% II 50% 50% III 40% 60%

## 2.3 Pengujian Sampel

## 2.3.1 Pengujian Tarik
Pengujian  tarik  dilakukan  untuk  mengetahui besarnya  kekuatan  tarik  dari  bahan  komposit. Pengujian  dilakukan  dengan  mesin  uji  “ Universal Testing  Machine ”  berkapasitas  2  ton  dengan  laju
pembebanan 8 mm/menit. Spesimen pengujian tarik dibentuk sesuai dengan standar ASTM D 638 seperti ditunjukan pada Gambar 1.

## 2.3.2 Pengujian Bending
Material  komposit  umumnya  memiliki  sifat tekan yang lebih baik dibanding sifat tariknya. Pada pengujian  bending  ini  bertujuan  untuk  mengetahui besarnya  kekuatan  lentur  dari  material  komposit. Pada  perlakuan  uji  bending  bagian  atas  spesimen mengalami  proses  penekanan  dan  pada  bagian bawah  mengalami  proses  tarik  sehingga  akibatnya spesimen  mengalami  patah  bagian  bawah  karena tidak  mampu  menahan  tegangan  tarik.  Gambar  2 menunjukkan  dimensi  spesimen  uji  bending  sesuai dengan standar ASTM D 790.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Kekuatan  Tarik  Komposit  Terhadap Variasi Serat Ampas Tebu
Pengaruh  variasi  serat  ampas  tebu  terhadap kekuatan  tarik  komposit  telah  diinvestigasi. Pengujian  pertama  dilakukan  dengan  komposisi plastik  HDPE  40%  dan  serat  ampas  tebu  60%, variasi kedua dengan komposisi plastik HDPE 50% dan  serat  ampas  tebu  50%,  variasi  ketiga  dengan komposisi plastik HDPE 60% dan serat ampas tebu 40%.  Hasil  pengujian  tarik  menunjukkan  bahwa besarnya  tegangan  tarik  relatif  terhadap  variasi komposisi filler seperti ditunjukkan pada gambar 3.
Nilai  tegangan  tarik  pada  variasi  komposisi plastik HDPE dan serat ampas tebu untuk spesimen I,  spesimen  II,  dan  spesimen  III  menghasilkan tegangan  tarik  rerata  berturut-turut  sebesar  15.5; 12.8;  6.4  MPa.  Spesimen  I  menghasilkan  tegangan tarik  tertinggi  dibandingkan  dengan  variasi  lainnya yaitu  sebesar  15.5  MPa.  Hal  ini  dikarenakan  fraksi volume  plastik  HDPE  lebih  banyak  dibanding dengan  fraksi  volume  serat  ampas  tebu.  Komposit bermatrik  plastik  HDPE  ini  memiliki  sifat  plastis yang  tinggi  pada  fraksi  volume  plastik  HDPE  60% sehingga  tegangan  tarik  yang  dihasilkan  dapat optimal.
Tegangan  tarik  rata-rata  pada  spesimen  II dengan  komposisi  plastik  HDPE  50%  dan  serat ampas  tebu  50%  menunjukan  penurunan  yaitu  12 MPa.  Sedangkan  tegangan  tarik  pada  spesimen  III dengan  komposisi  plastik  HDPE  40%  dan  serat ampas tebu 60% adalah yang paling rendah yaitu 6,4 MPa.  Menurunnya  tegangan  tarik  pada  komposit plastik  HDPE  berpenguat  serat  ampas  tebu  ini seiring
Gambar 1. Dimensi benda pengujian tarik (satuan mm)
Gambar 2. Dimensi benda pengujian bending (satuan mm)
dengan  bertambahnya  fraksi  volume  serat  ampas tebu. Partikel plastik HDPE tidak dapat terdistribusi sempurna  sampai  ke  bagian  dalam  serat  sehingga pada bagian dalam komposit terjadi banyak rongga. Rongga mengakibatkan kekuatan tarik menurun.
Jika  suatu  bahan  komposit  memiliki  kekuatan maksimum semakin besar maka regangan maksimum  yang  dimiliki  bahan  komposit  juga semakin  besar.  Regangan  maksimum  menunjukan nilai  keuletan  atau  besarnya  deformasi  plastis  yang dimiliki  bahan  pada  saat  bahan  tersebut  patah (Callister and Rethwisch 2011). Hal ini menunjukkan  bahwa  semakin  besar  nilai  keuletan bahan  komposit  maka  bahan  tersebut  tidak  mudah putus saat diuji tarik.

## 3.2 Pengamatan Struktur Makro
Pengamatan  struktur  makro  dilakukan  pada bentuk  permukaan  patahan  benda  uji.  Berikut  ini adalah  data  gambar  foto  patahan  makro  seperti ditunjukan  pada  Gambar  4.  Hasil  pengujian  foto makro  menunjukkan  bahwa  matriks  (HDPE)  dan reinforced (serat  ampas  tebu)  memiliki  interaksi yang  bagus.  Matriks  plastik  HDPE  dapat terdistribusikan  dengan  baik  hingga  dapat  mengisi seluruh bagian-bagian serat.
Terlepasnya  serat  ampas  tebu  dari  matrik plastik HDPE pada saat diuji tarik atau pembebanan yang  lainnya,  maka  tipe  patahan  tersebut  dapat diistilahkan  dengan pullout . Pullout terjadi  karena bonding  atau  ikatan  antarmuka reinforced terhadap matrik  kurang  baik  (Mishra,  Mohanty  et  al.  2003). Selain  itu,  pendistribusian  serat  ampas  tebu  yang kurang  merata  juga  menjadi  faktor  terjadinya pullout .  Hal  ini  ditunjukan  pada  variasi  komposisi filler 50%  :  50%  terlihat  bahwa  jumlah  serat mengumpul pada salah satu bagian (Gambar 4b)
Gambar 3. Nilai tegangan tarik spesimen pada tiap variasi komposisi
(a) (b)
(c)
Gambar 4. Permukaan patahan pada komposit dengan komposisi HDPE dan serat ampas tebu sebagai berikut: (a). Spesimen I; (b). Spesimen II; (c). Spesimen III

## 3.3 Kekuatan Bending Komposit Terhadap Variasi Serat Ampas Tebu
Pengujian bending dilakukan untuk mengetahui besarnya  kekuatan  lentur  dari  komposit.  Hasil pengujian  menunjukkan  bahwa  variasi  komposisi plastik HDPE dan serat ampas tebu untuk spesimen I,  spesimen  II,  dan  spesimen  III  menghasilkan menghasilkan kekuatan bending rerata berturut-turut sebesar 16.8; 14.4; 6.2 MPa seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Kekuatan  bending  terbesar  dihasilkan  oleh komposit  dengan  perbandingan  komposisi    HDPE dan serat ampas tebu adalah 60% : 40% dengan nilai kekuatan bending rerata sebesar 16,8 MPa. Kekuatan bending  pada  variasi  ini  paling  tinggi  dikarenakan fraksi  volume  plastik  HDPE  lebih  banyak  daripada
serat  ampas  tebu  sehingga  membuat  adanya  ikatan yang baik antara matriks dengan reinforced .
Gambar 5. Nilai kekuatan bending spesimen pada tiap variasi komposisi

## Gambar 6. Spesimen hasil uji bending
Selain  itu  juga,  sifat  mekanik  dari  HDPE  yang memiliki  sifat  plastis  lebih  tinggi  dibandingkan dengan ampas tebu.
Kekuatan  bending  yang  rendah  terjadi  pada variasi komposisi dengan perbandingan 50% : 50% dan 40% : 60%. Seiring dengan peningkatan jumlah serat  ampas  tebu  pada  komposit  berdampak  pada semakin  banyaknya  daerah-daerah  yang  berongga (Gambar  4b  dan  4c).  Semakin  meningkat  jumlah rongga  yang  dihasilkan  maka  kekuatan  komposit akan  semakin  menurun.  Gambar  6  menunjukkan hasil spesimen yang telah diuji bending.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis  pengujian  serta pembahasan data yang diperoleh, maka dapat ditarik kesimpulan dari penelitian ini sebagai berikut:
1. Nilai  kekuatan  tarik  rerata  yang  paling  optimal dari  komposit  plastik  HDPE  berpenguat  serat ampas  tebu  didapat  pada  variasi  fraksi  volume HDPE 60% dan serat ampas tebu 40% sebesar 15.5  MPa.  Sedangkan  kekuatan  bending  rata- rata  yang  paling  optimal  juga  didapat  pada variasi  fraksi  volume  HDPE  60%  dan  serat ampas tebu 40% sebesar 16.8 MPa.
2. Peningkatan  prosentase  dari  serat  ampas  tebu sebagai reinforced dari  komposit  berdampak terhadap penurunan kualitas sifat mekanik.
3. Kerusakan  berupa pullout terjadi  pada  variasi fraksi  volume  HDPE  dengan  serat  ampas  tebu dengan  perbandingan  50%  :  50%  dan  40%  : 60%.

## REFERENSI
Callister,  W.  D.  and  D.  G.  Rethwisch  (2011). Materials science and engineering, John wiley & sons NY.
Clareyna,  E.  D.  and  L.  J.  Mawarani  (2013).
"Pembuatan  dan  Karakteristik  Komposit Polimer Berpenguat Bagasse." Jurnal Teknik ITS 2(2): F208-F213.
Daniel,  I.  M.,  et  al.  (1994).  Engineering  mechanics of  composite  materials,  Oxford  university press New York.
Kurniawan,  A.  (2012).  Uji  Karakteristik  Sifat  Fisis Dan  Mekanis  Serat  Agave  Cantula  Roxb (Nanas)  Anyaman  2D  Pada  Fraksi  Berat
(40%, 50%, 60%), Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
Lakkad,  S.  and  J.  Patel  (1981).  "Mechanical properties  of  bamboo,  a  natural  composite." Fibre science and technology 14(4): 319-322.
Maryanti,  B.,  et  al.  (2011).  "Pengaruh  Alkalisasi Komposit  Serat  Kelapa-Poliester  Terhadap Kekuatan Tarik." Rekayasa Mesin 2(2): 123- 129.
Mishra,  S.,  et  al.  (2003).  "Studies  on  mechanical performance  of  biofibre/glass  reinforced polyester  hybrid  composites."  Composites Science and Technology 63(10): 1377-1385.
Perdana,  M.  (2016).  "Pengaruh  Fraksi  Volume Penguat  Terhadap  Kekuatan  Lentur  Green Composite  Untuk  Aplikasi  Pada  Bodi Kendaraan." Jurnal Ipteks Terapan 9(4).
Purboputro,  P.  I.  (2006).  "Pengaruh  Panjang  Serat Terhadap Kekuatan Impak Komposit Enceng Gondok Dengan Matriks Poliester." Rianto, Y. (2011). "Pengaruh Komposisi Campuran Filler  terhadap  Kekuatan  Bending  Komposit Ampas  Tebu-Serbuk  Kayu  dalam  Matrik
Polyester."
Wang, M.-W., et al. (2009). "Sintering process and mechanical  property  of  MWCNTs/HDPE bulk composite." Polymer-plastics technology and engineering 48(8): 821-826.
Widodo, B. (2008). "Analisa sifat mekanik komposit epoksi dengan penguat serat pohon aren (ijuk) model  lamina  berorientasi  sudut  acak (random)." Jurnal teknologi technoscientia: 1- 5.
Yudo,  H.  and  S.  Jatmiko  (2008).  "Analisa  teknis kekuatan mekanis material komposit berpenguat  serat  ampas  tebu  (baggase) ditinjau  dari  kekuatan  tarik  dan  impak." Kapal:  Jurnal  Ilmu  Pengetahuan  dan Teknologi Kelautan 5(2): 95-101.