Analisa Kekuatan Bahan Komposit Yang Diperkuat Serat Bambu Menggunakan Resin Polyester Dengan Memvariasikan Susunan Serat Secara Acak Dan Lurus Memanjang
Rokki Manurung 1 , Sutan Simanjuntak 2,* , Jesayas Sembiring 3 , Elvin Candra Zaluku 1 , Richard A. M. Napitupulu 2 , Suryadi Sihombing 2
1 Mahasiswa Prodi Teknik Mesin, Fak. Teknik, Universitas HKBP Nommensen, Medan
2 Prodi Teknik Mesin, Fak. Teknik, Universitas HKBP Nommensen, Medan 20234
3 Prodi Perawatan dan Perbaikan Mesin, Politeknik St. Thomas, Medan 20124 *sutan.simanjuntak@uhn.ac.id

## ABSTRACT
Composites are materials which are mixed with one or more different and heterogeneous reinforcement. Matrix materials can generally be polymers, ceramics and metals. The matrix in the composite serves to distribute the load into all reinforcing material. Matrix properties are usually ductile. The reinforcing material in the composite has the role of holding the load received by the composite material.  The nature of the reinforcing material is usually rigid and tough. Strengthening materials commonly used so far are carbon fiber, glass fiber, ceramics. The use of natural fibers as a type of fiber that has advantages began to be applied as a reinforcing material in polymer composites. This study seeks to see the effect of the use of bamboo natural fibers in polyester resin matrix on the strength of polymer composites with random and straight lengthwise fiber variations. From the tensile test results it can be seen that bamboo fibers can increase the strength of polymer composites made from polyester resin and the position of the longitudinal fibers gives a significantly more strength increase than random fibers.
Keywords: polymer, composite. bamboo fiber, strength.

## 1. PENDAHULUAN
Material komposit adalah  material yang  sangat  penting karena mempunyai sifat- sifat  yang khusus. Sifat-sifat tersebut diantaranya adalah kekakuannya, kekuatannya, ringan, tidak terkorosi serta usia fatik  yang lebih baik dibanding bahan konvensional lainnya.
Menurut Herman, komposit adalah bahan yang dicampurkan dengan dua atau lebih tahap yang berbeda [1]. Oleh karena itu komposit bersifat heterogen. Komposit adalah material yang satu tahap berlaku sebagai sebuah penguatan terhadap tahap kedua. Tahap kedua disebut matriks.
Bahan polymer memiliki keunggulan dari pada bahan logam dan keramik yakni lebih liat juga lebih murah tetapi juga memiliki kekurangan antara lain kurang kuat, kurang baik terhadap suhu tinggi juga kurang sesuai digunakan untuk menanggung beban tinggi [2]. Oleh sebab itu sifat bahan polymer ini harus diperbaiki lagi. Salah satu metode yang digunakan adalah dengan mencampurkan bahan serat kedalamnya, yaitu dengan menjadikannya komposit.
Umumnya dalam komposit terdapat bahan yang disebut sebagai matriks dan bahan penguat. Bahan matriks umumnya dapat berupa logam, polimer, keramik, karbon. Matriks dalam komposit berfungsi untuk mendistribusikan beban ke dalam seluruh
material penguat komposit. Sifat matriks biasanya ulet (ductile) . Bahan penguat dalam komposit berperan untuk menahan beban yang diterima oleh material komposit [3].
Sifat bahan penguat biasanya kaku dan tangguh. Bahan penguat yang umum digunakan selama ini adalah serat karbon, serat gelas, keramik. Serat alam sebagai jenis serat yang memiliki kelebihan-kelebihan mulai diaplikasikan sebagai bahan penguat dalam komposit polimer.
Seiring dengan inovasi yang dilakukan dalam bidang material serat alam dijadikan sebagai bahan penguat komposit.  Suatu material komposit pada umumnya diperkuat oleh serat, dimana serat sangat mempengaruhi dan menentukan kekuatan dari komposit tersebut. Bahan serat tersebut dapat diperoleh dari bahan alam dan non alam. Komposit berpenguat serat alam semakin intensif dikembangkan sehubungan dengan penggunaannya dalam berbagai bidang  kehidupan serta tuntutan pemakaian material yang murah, mudah diperoleh, ringan, memiliki sifat mekanik yang kuat, tahan korosi dan ramah lingkungan, sehingga dapat menjadi bahan alternative selain logam dan fiber glass yang tidak ramah lingkungan [4]. Serat alam merupakan serat yang diperoleh dari sumber daya  alam yang dapat diperbaharui seperti serat kayu, serat tandan buah kelapa sawit,  serat  rami,  serat  sisal,  serat bambu, serat pisang  dan lain sebagainya  [5]. Sedangkan serat buatan ( sintetis) diperoleh  dari proses kimia seperti serat boron, serat karbon atau serat  grafit, serat gelas, serat alumina, serat aramid, dan serat silikon karbida.
Serat bambu di ambil dari pohon bambu, bambu memiliki komponen lignoselulosa berupa lignin, selulosa, dan  hemiselulosa. Selulosa merupakan bahan yang akan digunakan untuk pembuatan  serat bambu, sehingga perlu adanya proses pemisahan lignin dan hemiselulosa  untuk mendapatkan selulosa.  Delignifikasi merupakan proses penghilangan lignin pada bahan lignoselulosa [6].
Serat bambu dapat diperoleh dengan cara  biologis, mekanis, maupun kimiawi. Proses pemisahan serat bambu secara biologis adalah dengan cara menghancurkan bambu lalu dilanjutkan dengan  penambahan enzim alami. Proses mekanis dilakukan dengan cara  menghancurkan bambu dan penambahan enzim. Sedangkan proses kimia salahsatunya dilakukan dengan penambahan bahan kimia NaOH ( Natrium Hidroksida ) dan CS 2 (C arbon disulfide ).
Dalam penelitian ini penulis meneliti tentang material komposit yang diperkuat serat pohon bambu  dengan bahan pengikat resin-polyester . Dimana resin polyester memiliki sifat yang dapat mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pencetakannya menjadi suatu peralatan tertentu.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1. Bahan dan Alat
Bahan yang akan digunakan pada penelitian ini adalah polyester resin  sebagai perekat serat  pohon bambu pohon dengan katalis Methyl Ethyl Keton Peroksida . Alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu  mesin  uji  tarik universal testing machine , gergaji, pecahan kaca, jangka sorong, gelas ukur, bor  tangan, neraca  ohauss, gelas plastik sebagai wadah pencampuran resin dengan katalis dan cetakan karet.
2.2. Prosedur Kerja
Adapun prosedur kerja pada penelitian ini adalah:
a. Serat Bambu
Serat bambu diperoleh dari bambu berjenis bambu apus.
1. Menebang bambu muda menggunakan golok dan  menghilangkan tangkai- tangkainya hingga panjangnya 160 cm.
2. Bambu muda tadi dipotong lagi hingga panjangnya masing-masing 40 cm lalu dikupas kulit arinya atau kulit yang berwarna hijau.
Gambar 1. Pohon bambu
3. Mengerus bambu menggunakan pecahan kaca seperti pada gambar .2 dibawah ini.
Gambar 2. Proses pengambilan serat bambu
5. Pembuatan pola specimen uji tarik dari kayu
Gambar 3. Pola specimen uji tarik
6. Pembuatan cetakan karet dari Silica Rubber sesuai dengan standar uji tarik specimen.
Gambar 4. Cetakan specimen dari bahan silica rubber

## 2.3. Diagram Alir
Adapun diagram alir ini dapat dilihat pada gambar berikut :

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil Penelitian
Dari hasil uji tarik resin polymer yang dilakukan dilaboratorium Teknik Metalurgi Universitas HKBP Nommensen Medan, data yang didapat adalah beban utama dan pertambahan panjang untuk sampel yaitu resin dan serat bambu. Data untuk sampel dan hasil penelitian dapat kita lihat dibawah ini.
A. Spesimen Uji Tarik Resin Tanpa Serat.
Spesimen 1A
Spesimen 2A Spesimen 3A Kesimpulan Studi Pustaka Pesiapan alat dan bahan Persiapan dan pemilihan serat bambu
Pembuatan Pola Menggunakan Cetakan Karet Pembuatan Spesimen Komposit menggunakan Resin Polyester + Katalis + Serat Bambu dengan variasi, acak dan lurus memanjang Uji tarik Uji keras
Analisa data

## Spesimen 4A
Gambar 5. Tampak patahan spesimen uji tarik tanpa serat
Tabel 1. Dimensi awal spesimen tanpa serat (model A)
No  Spesimen T W L Lo 1 1A 11 mm 14 mm 78 mm 195 mm 2 2A 11 mm 13 mm 76 mm 195 mm 3 3A 12 mm 14 mm 78 mm 195 mm 4 4A 11 mm 14 mm 74 mm 195 mm
Tabel 2. Data hasil uji tarik spesimen tanpa serat (model A)
Spesimen F (kg) ∆L (mm) 1A 14,3948 0,235 2A 17,3137 0,214 3A 10,6680 0,152 4A 13,6729 0,123 Rata-rata 14,0123 0,181
Perhitungan tegangan ultimate dan tegangan yield dari spesimen tanpa serat dapat dicari dengan rumus σ 𝑢𝑢= 𝐹𝐹 𝐴𝐴𝑂𝑂 dan σ 𝑦𝑦= 𝐹𝐹 × 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑟𝑟𝑜𝑜𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 0 , 002 𝐴𝐴𝑂𝑂 Kg / mm²
dan regangan yang terjadi dengan rumus : 𝑒𝑒 = ∆𝑙𝑙𝑢𝑢 𝑙𝑙0 sehingga hasilnya dapat dilihat pada tabel 3 berikut ini.
Tabel 3. Data hasil perhitungan kekuatan uji tarik spesimen tanpa serat
Spesimen σ u (kg/mm 2 ) σ y (kg/mm 2 ) e (%) 1A 0,0934 0,0186 0,00301 2A 0,1210 0,0224 0,00282 3A 0,0635 0,0127 0,00195 4A 0,0887 0,0177 0,00232 Rata-rata 0,0917 0,0179 0,00252
B. Spesimen Uji Tarik Resin Dengan Variasi Serat Acak.
Untuk spesimen  dengan variasi serat  acak, dari hasil uji tarik diperoleh data besar gaya yang bekerja dan perpanjangan  yang terjadi pada specimen, seperti pada tabel 4 berikut ini.
Tabel 4. Data hasil uji tarik specimen dengan variasi serat secara acak
Spesimen F (kg) L (mm) 1B 58,5031 0,750 2B 20,6010 0,188 3B 16,8678 0,163 4B 93,0457 0,125 5B 23,2556 0,160 Rata-rata 42,4546 0,277
Dengan menggunakan rumus perhitungan tegangan ultimate dan tegangan yield serta besar regangan yang terjadi dari masing-masing spesimen  dengan variasi serat acak diperoleh hasil seperti pada tabel 5 berikut ini.
Tabel 5. Data hasil perhitungan kekuatan uji tarik dan regangan spesimen dengan
variasi serat secara acak
Spesimen
σ u (kg/mm 2 ) σ y (kg/mm 2 ) e (%) 1B 0,3798 0,0759 0,00961 2B 0,1248 0,0267 0,00244 3B 0,1004 0,0200 0,00215 4B 0,6041 0,1208 0,00172 5B 0,1510 0,0302 0,00206 Rata-rata 0,2720 0,0547 0,00360
C. Spesimen Uji Tarik Resin Dengan Variasi Serat Lurus Memanjang.
Untuk spesimen dengan variasi serat lurus memanjang, dari hasil uji tarik diperoleh data besar gaya yang bekerja dan perpanjangan  yang terjadi pada spesimen, seperti pada tabel 6 berikut ini.
Tabel 6. Data hasil uji tarik spesimen dengan variasi serat lurus memanjang
Spesimen F (kg) ∆L (mm) 1C 12,7668 0,320 2C 19,0869 0,300 3C 40,8767 0,300 4C 40,4833 0,313 5C 29,1332 0,241 Rata-rata 28,4694 0,295
Dengan menggunakan rumus perhitungan tegangan ultimate dan tegangan yield serta besar regangan yang terjadi dari masing-masing spesimen  dengan variasi serat acak diperoleh hasil seperti pada tabel 7 berikut ini.
Tabel 7. Data hasil perhitungan kekuatan uji tarik dan regangan spesimen dengan variasi serat lurus memanjang Spesimen σ u (kg/mm 2 ) σ y (kg/mm 2 ) e (%) 1C 0,0982 0,0196 0,00410 2C 0,1334 0,0266 0,00385 3C 0,2477 0,0495 0,00385 4C 0,2891 0,0578 0,00401 5C 0,2037 0,0407 0,00378 Rata-rata 0,1944 0,0388 0,00392 . 4.2 Pembahasan
Dari hasil penelitian dapat  diketahui kekuatan tarik dari spesimen  yang diperkuat maupun tanpa diperkuat dengan serat bambu.  Pada pengujian tarik untuk spesimen tanpa serat diperoleh nilai beban rata-rata ( F )  =  14,0123Kg, nilai perpanjangan rata-rata atau ( ∆ 𝑙𝑙𝑢𝑢 ) = 0,181 mm, nilai tegangan ultimate rata-rata ( σ𝑢𝑢 ) = 0,0917Kg/mm², nilai tegangan yield rata-rata ( σ𝑦𝑦 ) = 0,0179 Kg/mm² dan nilai regangan nominal rata - rata ( 𝑒𝑒 ) = 0,00252%. Sedangkan pada pengujian tarik untuk spesimen dengan variasi serat secara acak diperoleh nilai beban rata-rata ( F ) = 42,4546 Kg, nilai perpanjangan rata-rata atau ( ∆ 𝑙𝑙𝑢𝑢 ) = 0,277 mm, nilai tegangan nominal rata-rata ( σ𝑢𝑢 ) = 0,2720Kg/mm², nilai tegangan yield rata-rata  ( σ𝑦𝑦 ) =  0,0547  Kg/mm², dan nilai regangan nominal rata - rata ( 𝑒𝑒 ) =  0,00360%. Untuk pengujian tarik pada  spesimen dengan variasi serat lurus memanjang diperoleh nilai beban rata-rata ( F ) = 28,4694 Kg, nilai perpanjangan rata-rata atau ( ∆ 𝑙𝑙𝑢𝑢 ) = 0,295 mm, nilai tegangan ultimate  rata-rata ( σ𝑢𝑢 ) = 0,1944  Kg/mm², nilai tegangan yield rata-rata  ( σ𝑦𝑦 ) = 0,0388Kg/mm² dan nilai regangan nominal rata - rata ( 𝑒𝑒 ) = 0,00392%.
Nilai  kekuatan tarik untuk setiap spesimen variasi acak dan lurus memanjang mempunyai kekuatan tarik yang lebih keras di bandingkan dengan spesimen  (resin tanpa serat).  Ini disebabkan adanya filler/penguat serat bamboo yang dicampurkan dengan resin. campuran resin dan katalis yang sesuai dengan bahan penguat, sehingga memiliki elastisitas dan kekuatan tarik yang cukup baik.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian diatas dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut :
a Serat bambu memberikan pengaruh yang signifikan pada penguatan specimen uji tarik berbahan baku resin polyester.
b Penempatan serat bambu secara acak memberikan peningkatan kekuatan yang lebih baik dibandingkan penempatan serat bambu secara lurus memanjang.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
1. Herman, Sinaga. “Defenisi Komposit”. 10 Agustus 2020. http://material- teknik.blogspot.com/2010/02/defenisi-komposit.html
2. M. P. Stevens, “Kimia Polimer”, Pradnya Paramita, Jakarta, 2001.
3. Sirait, D.H., “Material Komposit” Erlangga. Jakarta, 2010
4. I W. Widiarta, I N. Pasek Nugraha, K. Rihendra Dantes “Pengaruh Orientasi Serat Terhadap  Sifat  Mekanik  Komposit  Berpebguat  Serat  Alam  Batang  Kulit  Waru
( HIBISCUS TILIACEUST ) Dengan Matrik Polyester”,  JJTM, Vol. 6 No. 1, Maret 2018
5. Wiwi Aprilia, Yenni Darvina, Ratnawulan, “Sifat Mekanis Komposit Berpenguat Bilah  Bambu  Dengan  Matriks  Polyester  Akibat  Variasi  Susunan”,  PILLAR OF PHYSICS, Vol. 2. Oktober 2013
6. Ono Suparno, Roberto Danieli , “Penghilangan Hemiselulosa Serat Bambu Secara Enzimatik Untuk Pembuatan Serat Bambu”, Jurnal Teknologi Industri Pertanian, 27 (1):89-95 (2017)