## SIFAT MEKANIS KOMPOSIT BERPENGUAT BILAH BAMBU DENGAN MATRIKS POLYESTER AKIBAT VARIASI SUSUNAN
Wiwi Aprilia* ) , Yenni Darvina** ) dan Ratnawulan** )
* ) Mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA UNP, email: wiwiaprilia77@yahoo.co.id ** ) Staf Pengajar Jurusan Fisika FMIPA UNP

## ABSTRACT
Research about  composite mechanical from natural  fiber expecially bamboo is  still seldom  used.  Therefore,  this research  is done  with  purpose  to  know  effect  of  piece arrangement of bamboo toward composites mechanic that include maximum tension value and  elasticity value. The  research is experiment  reseach. Piece  of  bamboo  is  arranged three  variaties, are longer, across and plait. From three arrangement  are  counted  tension value  and  elasticity  to know mechanical characteristic. The  results  of  this  study: highest voltage value is 78.173  MPa in  longer  piece, tension  value part  of  plait  is  shorter  than longer piece 44.538 MPa and tension value of across fiber is shorter than embroidery piece 18.936 MPa. Result of measurement results to elasticity value in power curve the highest is 150.15 GPa in longer fiber, plait fiber is shorter than long fiber about 86.26 GPa and across fiber is shorter than plait about 50.209 GPa
Keywords: bamboo, mechanical properties, composite, reinforcement, polyester

## PENDAHULUAN
Penggunaan
dan pemanfaatan material  komposit  dewasa  ini  semakin berkembang, seiring dengan meningkatnya penggunaan  bahan  tersebut  yang  semakin meluas. Pemanfaatannya mulai dari  yang sederhana  seperti  alat-alat  rumah  tangga sampai  sektor  industri  baik  industri  skala kecil  maupun skala  besar  (Purboputro, 2006). Karena manfaatnya  sangat  banyak dikembangkanlah  material  bukan  logam dengan campuran serat alam dalam bentuk komposit.  Keunggulan  komposit  serat  ini adalah  selain  ringan,  tahan  korosi,  dan juga memiliki kekuatan yang sama dengan material  logam  (Widodo,2008).  Komposit yang  menggunakan  serat  alam  sebagai penguatnya  dapat  diperoleh  dari  tanaman seperti  tanaman  pisang,  bambu,  kelapa,
nanas,  dll  (Palallo,2007). Pada  penelitian ini  serat  alam  yang  digunakan  yaitu bambu.
Potensi bambu di Indonesia mempunyai  prospek  yang  sangat  baik karena    bambu  merupakan  bahan  baku alternatif dari kayu yang berasal dari hutan tropis  yang  semakin  berkurang  baik kualitas  maupun  kuantitasnya  dengan meningkatnya  industri  perkayuan  sebagai komoditi  ekspor  seperti  kayu  lapis  dan gergajian. Untuk  mengatasi  hal  tersebut maka  dapat  dilakukan  suatu  usaha mengembangkan diversifikasi produk kayu  olahan  dengan  bahan  baku bambu. Salah  satu  sumber  daya  alam  hayati  yang dapat  menggantikan  kayu  adalah  bambu, karena bambu mempunyai beberapa keunggulan  seperti  cepat  tumbuh,  mudah diolah,  sifat  mekanik  yang  lebih  baik  dari
pada  kayu  pada  arah  sejajar  serat  (Manik dkk, 2004, Hadi, 2006, M. Gere, 1985).
Bambu adalah tanaman jenis rumput-rumputan  dengan  rongga  dan  ruas dibatangnya. Bambu termasuk jenis tanaman yang mempunyai tingkat pertumbuhan  yang  tinggi. Kelenturan  dan kekuatannya menopang beban berat membuat  bambu  banyak  dimanfaatkan sebagai  material  bangunan  yang  tangguh. Sayangnya,  bambu  punya  satu  musuh besar, yaitu rayap. Kerentanannya digerogoti  rayap  membuat  banyak  orang mulai meninggalkan bambu.
Sifat mekanik penguat  yaitu  bambu dijelaskan  oleh  Ifannossa  (2010) dapat dilihat pada Tabel 1:
Tabel 1. Sifat mekanik bambu
Dari  Table  1  dapat  diketahui harga kuat  tarik  adalah  150  MPa  dan  nilai modulus  elastisitasnya adalah 18 GPa. Komposit dalam penelitian ini berasal dari bambu  dengan  menggunakan  matrik polyester.
Menurut  Fessenden(1986),  polyester merupakan  bahan  polimer  yang  bersifat termoplastik  dan  bifungsional  yang  dapat bereduksi  dengan  dua  molekul  lain. Polyester  dapat  berubah  bentuk  setelah diberi  panas  dan  mudah  terbakar  pada suhu  tinggi  namun,  polyester  memiliki daya  serap  air  yang  rendah.  Polyester banyak digunakan sebagai tempat penyimpanan  film  dan  sebagai  matriks pada  pembuatan  komposit.  Polyester  juga dapat  digunakan  sebagai  bahan  pembuat serat kaca.
Sifat  mekanik  dari  polyester  yang dikemukakan  oleh  F.smith(1993) dapat dijelaskan berdasarkan Tabel 2:
Tabel 2. Sifat mekanik resin polyester
Sifat yang diuji Resin polyester Kekuatan tarik 40-90 MPa Modulus elastisitas 2,0-4,4 GPa Kuat lentur 60-160 MPa Kekuatan impak 10,6-21,2 J m Masa jenis 1,10-1,46 g/cm 3
Dari  Tabel  2  dapat  diketahui  harga kuat  tarik  polyester  berkisar  antara  40-90 MPa  dan harga  modulus  elastisitasnya yang  dimiliki polyester hanya  berkisar antara  2-4,4  GPa. Karena  memiliki  harga modulus  elastisitas  yang  rendah  maka polyester bersifat kurang elastis.
Dari Tabel 1  dan Tabel 2  dapat disimpulkan  bahwa  bambu  dan  polyester sama-sama  memiliki  harga  kuat  tarik  dan modulus  elastisitas  yang  sangat  rendah. oleh karena itu, dibuat suatu gabungan dari kedua  bahan  tersebut  yang  nantinya  bisa menghasilkan  harga  kuat  tarik  dan modulus  elastisitas  yang  tinggi  yaitu dalam bentuk komposit.
Secara sederhana  komposit  dapat diartikan  sebagai  gabungan  dari  dua  atau lebih  bahan  yang  berlainan  dan  menyatu secara  fisika.  komposit  terdiri  dari  dua unsur,  yaitu  serat (fiber) sebagai  bahan pengisi  atau  penguat  dan  matrik  sebagai bahan pengikat serat-serat tersebut. Pengunaan  bahan  komposit serat  sangat efisien  dalam  menerima  beban  dan    gaya. Unsur  utama  komposit  serat  adalah  serat yang  mempunyai  banyak  keunggulan. Untuk  mengetahui  keunggulannya  maka dalam  penggunaan  bahan  ini dibutuhkan beberapa  sifat  yang  harus  diketahui.  Pada penelitian  ini  yang  akan  diteliti  adalah sifat mekanik bahan.
Sifat mekanik bahan adalah hubungan  antara  respon  atau  deformasi bahan  terhadap  beban  yang  bekerja.  Sifat mekanik  pada  komposit  merupakan  sifat- sifat  yang  berhubungan  dengan  material setelah  diberikan  gaya-gaya  pada  material tersebut. Sifat-sifat mekanik bahan diantaranya  adalah tegangan (stress),
regangan (strain) dan modulus elastisitas. Sifat yang diuji Bambu Modulus elastisitas 18 GPa Kuat tarik 150 MPa Kuat lentur 39 MPa Kekuatan bending 76 MPa Masa jenis 300-400 kg/m 3
Menurut Giancolli (2001), tegangan merupakan  gaya  per  satuan  luas. Secara matematis besarnya  nilai  tegangan dapat dirumuskan:
σ = (1)
Dimana: F = gaya luar yang bekerja tegak lurus bidang potong
A = luas daerah (m) σ = stress (N/m 2 )
Regangan merupakan  perbandingan perubahan panjang terhadap panjang awal. Regangan merupakan perubahan fraksional  dari  panjang  benda,  dan merupakan  ukuran  mengenai  seberapa jauh  batang  tersebut  berubah  bentuk. Regangan berbanding lurus dengan tegangan  pada  daerah  linier  (elastik). Secara matematis dapat dirumuskan (Giancoli, 2001):
Regangan= = ∆ (2) Dengan demikian, regangan merupakan  perubahan  fraksional  dari panjang  benda.  Tegangan  diberikan  pada materi  dari  arah  luar,  sementara  regangan merupakan  tanggapan  dari  tegangan. Secara umum, reaksi benda terhadap gaya yang  diberikan  dicirikan  oleh  nilai  suatu besaran  yang  disebut  modulus  elastisitas. Jadi elastisitas, merupakan sifat kemampuan  untuk  kembali  keukuran  dan bentuk  aslinya,  setelah  gaya  luar  dilepas. Sifat ini penting pada semua struktur yang mengalami beban berubah-ubah.
Secara matematis modulus elastisitas atau  yang  lebih  dikenal  dengan  Modulus Young dapat dirumuskan:
E= ∆ (3)
Diamana adalah panjang awal
benda,  A  adalah  luas  penampang, ∆L merupakan perubahan panjang yang disebabkan  gaya  F  yang  diberikan,  dan  E adalah modulus elastisitas. Untuk mendapatkan  sifat-sifat  mekanik  diatas
kita perlu mengadakan pengujian terhadap sifat mekaniknya.

## METODE PENELITIAN
Pengujian sifat  mekanik  yang dilakukan  ada  dua,  yaitu  pengujian  kuat tarik  dan  pengujian  lengkung  (defleksi). Kuat  tarik  merupakan  salah  satu  sifat mekanik  bahan,  kuat  tarik  merupakan  uji tegangan-regangan mekanik yang
bertujuan  untuk  mengetahui  kekuatan bahan  terhadap  gaya  tarik.  Kekuatan  tarik (Tensile  strength)  suatu  bahan  ditetapkan dengan  membagi  gaya  maksimum  dengan luas  penampang  mula-mula  (Daryus, 2006).
Pengujian lengkung atau pengujian defleksi  dilakukan  untuk  memperlihatkan elastisitas dari bahan. Akibat dari pengujian  lengkung  ini,  bagian  atas spesimen  mengalami  tekanan,  sedangkan bagian  bawah  akan  mengalami  tegangan tarik.  Hal  ini  sesuai  dengan  Gambar 1 berikut:
Gambar 1.  Pemasangan  benda  uji pada pengujianlengkung (Rusmiyanto, 2007:29) Dalam  material  komposit  kekuatan tekannya  lebih  tinggi  dari  pada  kekuatan tariknya.  Karena  tidak  mampu  menahan tegangan  tarik  yang  diterima,  spesimen tersebut akan patah, hal tersebut mengakibatkan  kegagalan  pada  pengujian komposit.  Kekuatan lengkung pada  sisi bagian  atas  sama  nilai  dengan  kekuatan lengkung pada sisi bagian bawah.
Pengujian lengkung dilakukan untuk memperoleh kepastian mengenai sifat-sifat kekuatan  komposit.  Melalui  pengujian yang  diteliti  akan  diketahui  apakah  bahan tersebut  dapat  digunakan  untuk  suatu
Spesi men Uji Inde ntor Jarak Tumpuan P
konstruksi tertentu.
Dengan cara pemberian  tekanan  pada  suatu  sisi  bahan dan  menahan  gaya-gaya  yang  diberikan sehingga membuat bahan tersebut melengkung.
Penelitian  pengaruh  susunan  serat terhadap  sifat  mekanis  bambu  komposit dengan  matriks  polyester  ini  dilakukan  di
Labor  Pengujian  Bahan  Fakultas  Teknik Mesin Universitas Negeri Padang. Tahapan  pembuatan  komposit yaitu:
memotong  dan  menjemur  bambu, lalu mencari masa jenisnya. Kemudian merendam bambu tersebut kedalam alkohol  96%  selama  3  jam.  Setelah  itu memilih  bambu  yang  akan  digunakan  dan meluruskannya.
Proses  pembuatan  sampel  komposit yaitu menghitung volume cetakan, kemudian  menyusun  serat  dalam  cetakan dengan  3  variasi,  yaitu  memanjang, melintang  dan  anyaman  serta  melapisinya dengan  polyester.  Menutup  campuran komposit  dan  mengeringkannya.  Setelah itu  memotong  sampel sesuai  dengan ASTM D 638.
Proses  pengujian  sampel  komposit yaitu mengukur dimensi sampel, kemudian memasangnya pada alat pengujian.  Setelah  itu  mengkalibrasi  alat dan melakukan pengujian.

## HASIL
Berdasarkan  pengujian  yang  telah dilakukan,  yaitu  pengujian  tarik  dan pengujian  lengkung  (defleksi)  diperoleh data  pengujian  secara  langsung  dan  tidak langsung.
Pengujian tarik
Hasil  pengukuran  pengujian  tarik meliputi:  pengukuran  tebal  awal  ( ℎ ), tebal  setelah  pengujian  ( ℎ ),  lebar  awal ( ), lebar setelah pengujian ( ), panjang awal  ( ),  dan  panjang  setelah  pengujian ( ) dapat dilihat berdasarkan Tabel 3:
Tabel 3. Hasil pengukuran kuat tarik
Dari  Tabel  3 data yang  diperoleh selanjutnya  diolah  untuk  mendapatkan data kuat tariknya. Analisa data
pengukuran terhadap masing-masing
sampel didapatkan data tegangan maksimum berdasarkan Tabel 4: Tabel 4.  Hasil  analisa  kekuatan  tarik maksimum  pada  pengujian  tarik komposit berpenguat bilah bambu Susunan serat sampel Tegangan ma ks (σ) Rata- rata tegangan maks MPa MPa Memanjang 1 81,901 78,173 2 79,748 3 72,871 Melintang 1 19,186 18,936 2 18,954 3 18,668 Anyaman 1 54,594 44,538 2 37,277 3 41,744 Susunan serat Sampel ℎ mm ℎ mm
mm mm mm mm Memanjang 1 4,9 4,9 12,1 12 100,7 101,2 2 4,7 4,7 10,4 10,5 100,1 - 3 4,8 4,8 12,2 12,2 103 104,6 Melintang 1 4,9 4,9 12 12 100 100,6 2 4,8 4,7 12,4 12 97 98,3 3 4,8 4,6 12,1 12,1 98 - Anyaman 1 4,6 4,5 12,5 12,3 101 101,5 2 4,6 4,6 12,3 12,2 101 101,5 3 4,7 4,6 10,5 10,4 96,7 98,1
Dari  Tabel 4 dapat  diketahui nilai tegangan  maksimum  yang  diperoleh berkisar  antara  18,936  MPa  sampai 78,173  MPa.  Pada  hasil  pengujian  rata- rata  tegangan  maksimum  dapat  dilihat semakin sejajar serat, maka nilai tegangan maksimumnya  semakin tinggi.  Hal  ini dapat dilihat berdasarkan Gambar 3:
Gambar 3. Grafik hubungan antara variasi
susunan bilah bambu dengan rata-rata tegangan maksimum Dari  Gambar 3 dapat  dilihat hubungan  antara  susunan  serat  dan  nilai rata-rata tegangan maksimum
menghasilkan  nilai  berbeda.  Semakin tegak  lurus  serat  terhadap  gaya  tarik, maka tegangannya semakin turun.

## Pengujian lengkung
Hasil pengukuran pengujian defleksi meliputi:  ukuran  penampang  uji  (panjang penampang,  tebal  penampang),  panjang bahan,  beban,  defleksi  dapat  dilihat  pada Tabel 5:
Tabel 5.  Data  hasil  pengukuran  kuat lengkung
Dari Tabel 5 diperoleh data pengujian  lengkung  selanjutnya  diolah untuk  mendapatkan  nilai modulus elastisitasnya. Untuk  menganalisis  nilai elastisitas  sampel  dapat  diperoleh  dari harga  momen  inersia  bahan  dengan menggunakan persamaan:
= (4) = (5)
Dimana  E  adalah  harga  elastisitas (GPa),  F  adalah  beban  (N),  L  adalah panjang  bahan  (m),  I  adalah  momen inersia (mm), B adalah panjang penaampang  uji  (mm),  H  adalah  lebar penampang uji (mm).
Analisa  data  pengukuran  terhadap masing-masing  sampel  didapatkan  nilai elastisitas  dapat  dilihat  berdasarkan  Tabel 6:
Bahan Struktur penguat Ukuran penampang Panjang bahan (m) Beban (N) Defleksi x 10 (m) B H Komposit berpenguat bilah bambu Memanjang 31 4,9 0,2 5 0,43 30 4,8 0,2 5 0,49 30,5 4,8 0,2 5 0,54 Melintang 33 5,1 0,2 5 1,11 34,5 5,1 0,2 5 1,15 32,8 5,0 0,2 5 1,18 Anyaman 36 4,6 0,2 5 0,81 31,6 4,5 0,2 5 0,92 35,5 4,5 0,2 5 1,02 0 20 40 60 80 100 rat a- rat a ni lai te gan gan m ak s ( M pa ) variasi susunan serat
Tabel 6. Hasil analisa kuat lengkung Susunan serat Sampel Defleksi (m) Modulus elastisitas (E) GPa Meman Jang 1 0,43 159,43 2 0,49 153,77 3 0,54 137,25 Rata- rata 0,473333 150,15 Melintang 1 1,11 51,45 2 1,15 47,502 3 1,18 51,675 Rata- rata 1,16 50,209 Anyaman 1 0,81 88,08 2 0,92 94,36 3 1,02 75,76 Rata- rata 0,916666 86,26
Tabel 6 memperlihatkan  nilai  rata- rata  modulus  elastisitas  komposit  yang diperoleh melalui pengujian kuat lengkung.  Dalam  pengujian  nilai  rata-rata modulus elastisitas yang diperoleh berkisar antara 50,209 GPa sampai 150,15 GPa.  Pada  hasil  pengujian  rata-rata modulus  elastisitas  dapat  dilihat  semakin sejajar serat, maka nilai modulus elastisitasnya  semakin  tinggi.  Hal  ini dapat dilihat pada Gambar 4:
Gambar 4. Grafik hubungan antara variasi susunan  bilah  bambu  dengan rata-rata modulus elastisitas
Dari  Gambar 4 dapat  dilihat hubungan  antara  susunan  serat  dan  nilai
rata-rata modulus elastisitas menghasilkan nilai  berbeda.  Semakin  tegak  lurus  serat terhadap  gaya  lengkung,  maka modulus elastisitasnya semakin turun.

## PEMBAHASAN

## Pengujian tarik
Dari  hasil  yang  diperoleh,  tegangan tertinggi  dimiliki  oleh  variasi  susunan serat  memanjang.  Pada  susunan  serat memanjang  tegangan  mencapai  harga 78,173 MPa. Nilai tegangan pada susunan serat anyamanan  lebih  rendah  dari susunan  serat  memanjang.  Tegangannya adalah  44,538  MPa.  Sedangkan  nilai tegangan  untuk  susunan  serat  melintang lebih  rendah  dari  susunan  serat  anyaman, dengan  nilai  tegangnnya  adalah  18,936 MPa.  Perbedaan  nilai  tegangan  terjadi karena  variasi  susunan  seratnya.  Jadi, susunan serat terbaik adalah pada susunan serat memanjang.
Pengaruh  susunan  serat  terhadap tegangan komposit terjadi akibat kesejajaran  arah  serat    dengan  posisi beban  tarik  dan  bentuk  susunan  serat  itu sendiri.  Serat  yang  sejajar  dengan  posisi beban  tarik  mampu  menahan  beban maksimum.  Hal  ini  sesuai  dengan  teori dari  M.Gere  (1985)  yang  menyatakan bahwa  pemanjangan  beban  tarik  yang diberikan  pada  sampel  adalah  akibat  dari proses  beban  tarik  yang  sejajar  dengan arah serat.

## Pengujian lengkung
Dari hasil yang diperoleh, elastisitas maksimum  dimiliki  oleh  variasi  susunan serat  memanjang.  Pada  susunan  serat memanjang  elastisitasnya  mencapai  harga 150,15  GPa. Nilai  modulus  elastisitas susunan  serat  anyaman lebih  rendah  dari susunan serat memanjang. Harga elastisitas  adalah  86,26  GPa. Sedangkan nilai  modulus elastisitas untuk  susunan serat  melintang  lebih  rendah  dari  susunan serat  anyaman,  dengan  nilai  elastisitasnya
0 20 40 60 80 100 120 140 160 rat a- rat a m od ul us e las tis itas (G Pa ) variasi susunan serat
adalah  50,209  GPa.  Perbedaan  nilai elastisitas  terjadi  karena  variasi  susunan seratnya.  Jadi,  susunan  serat  terbaik adalah pada susunan serat memanjang.
Pengujian  lengkung  yang  dilakukan terhadap  sampel  menggunakan  gaya  yang diberikan.  Perbedaan  dari  nilai  modulus elastisitasnya  disebabkan  oleh  susunan seratnya,  sesuai  dengan  teori  yang dikemukakan  oleh  Purwanto  (2009)  yang menyatakan  bahwa  dalam  pembuatan komposit  tata  letak  dan  arah  serat  dalam matrik  yang  akan  menentukan  kekuatan mekanik  komposit.  Hal  ini  terlihat  pada sampel  dengan  struktur  serat  melintang, dimana  terjadi  perbedaan  harga  momen inersia yang cukup besar.

## KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah
dilakukan, makadiperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Tegangan tertinggi terjadi pada struktur serat memanjang dengan nilai tegangan 78,173  MPa.  Sedangkan  tegangan terendah terjadi  pada  struktur  serat melintang dengan nilai tegangan 18,936  MPa.  Perbedaan  nilai  tegangan ini  terjadi  karena  pengaruh  susunan serat.  Pengaruh  susunan  serat  bambu terhadap  nilai  tegangan  terjadi  akibat kesejajaran  arah  serat  dengan  posisi beban  tarik  dan  bentuk  susunan  serat itu sendiri.
2. Harga  elastisitas tertinggi terjadi  pada struktur  serat  memanjang  dengan  nilai elastisitas 150,15 GPa. Sedangkan nilai elastisitas terendah terjadi pada struktur serat memanjang dengan nilai elastisitasnya  50,209  GPa.  Perbedaan nilai elastisitasnya terjadi karena pengaruh  susunan  seratnya.  Pengaruh bentuk  susunan  serat  terhadap  kuat lengkung  komposit  berpenguat  bilah bambu  terjadi  akibat  kesejajaran  arah dan  bentuk  susunan  serat  serta  gaya yang  diberikan.  Semakin  banyak  serat
yang  ditanggung  oleh  beban  tarik, maka komposit tersebut semakin elastis.

## DAFTAR PUSTAKA
Dobrin, Milton B Savit.1976. Introduction to  Geophysical Prospecting.Mc. grow-hill International USA.
F.  Smith,William.1993. Foundation  Of
Material Science And Engineering, second  edition.  New  York:  Mc Graw-Hill
Fessenden,  J.Ralp.  1982.  Kimia  Organik, edisi ketiga. Jakarta: Erlangga Giancoli,  C.  Douglas.  2001.  Fisika  edisi
kelima. Jakarta: Erlangga. Hadi,Bambang.K.2006. Diktat Kuliah Mekanika Struktur Komposit. Bandung: penerbit ITB Ifannosa, arfie.dkk. 2010. Analisis Kekuatan  Tarik  Komposit  Serat Bambu Laminat Helai Dan Wooven  Yang  Dibuat  Dengan Metode Manufaktur Hand Lay-Up. Institut Teknologi Bandung. Bandung. Manik,dkk.2004. kajian teknis penggunaan serat bamboo sebagai alternative bahan komposit pembuatan kulit kapal. Universitas Diponegoro: Semarang.(diakses 20 juni 2011).
Palallo,federick.2007.  karakterisasi  sifat mekanik  komposit  bambu  dengan metode  hand  lay-up.  Universitas Indonesia. jakarta
Purboputro,  I  Pramuko.  2006.  “pengaruh kekuatan  serat  terhadap  keuatan impak  komposit  eceng  gondok dengan matriks  polyester”.  Jurnal. Kartasura:universitas muhammadyah suakarta.

## Purwanto,  2006. Studi  Sifat  Bending  dan
Impact  Komposit  Serat  Kenaf
Acak- Polyester. Unnes. Semarang.
Widodo.  2008.  “Analisa  Sifat  Mekanik Komposit  Epoxy  Dengan  Penguat Serat  Pohon  Aren  Model  Lamina Berorientasi Sudut Acak”. (Skripsi). ITN