Nurdin, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 1  (Januari  2019) Hal. 30-35

## Pengaruh Alkali dan Fraksi Volume terhadap Sifat Mekanik
Komposit Serat Akar Wangi – Epoxy
*Akhmad Nurdin a , Sri Hastuti b , Henanto Pandu D. c , Rino H. c
a Program Magister, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Sebelas Maret
b Jurusan Teknik Mesin, Universitas Tidar
c Program Sarjana, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Sebelas Maret
Jl. Ir. Sutami No. 36 A, Surakarta, Jawa Tengah, 57126 *E-mail: akhmadnurdin.89@gmail.com

## Abstract
The  development  of  composite  materials  began  to  shift  from  synthetic  fiber  material  to  reinforced natural fiber material and is potential to be developed in Indonesia. One of the natural fibers that can be used is solid waste distilled from Vetiveria Zizanoides  plant, which is still an abundant amount of root, so this waste is potential to be developed as a reinforcement in composites. The aim of this study was to determine the effect of alkali treatment and fiber volume fraction on the mechanical properties of composites. In the first study, clean fragrant fiber was soaked in alkaline solution (5% NaoH) for 0, 2, 4, and 6 hours. Then wash it thoroughly and leave it to dry. In the second study, the best results from the first study were used as an alkaline immersion reference,  and then the variations used were fiber volume  fractions  of  10%,  20%,  30%,  and  40%.  The  matrix  used  in  this  research  is  Epoxy  A  with Harderner B. Specimens for bending test refer to ASTM D790-02 and ASTM D 5942-9 impact test. The results of the first study, the effect of alkali immersion obtained bending stresses and the  value of the largest  immersion  was  39.05  MPa  and  8.28  kJ  /  mm2  at  6-hour  immersion.  While  the  results  of  the second study, the effect of increasing the volume fraction of fiber obtained by bending stress and the largest impact price of 43.40 MPa and 20.5 kJ / mm2 at a fiber volume fraction of 20%.
Keywords: vetiveria zizanoides, natural fibre, alkali treatment, volume fraction, bending stress, impact

## Abstrak
Perkembangan  material  komposit  mulai  bergeser  dari  bahan  serat  sintetis  menjadi  bahan  berpenguat serat  alam  dan  sangat  potensial  untuk  dikembangkan  di  Indonesia.  Salah  satu  serat  alam  yang  bisa digunakan  yaitu  limbah  padat  hasil  penyulingan  akar  wangi  yang  masih  berupa  akar  dengan  jumlah yang  melimpah,  sehingga  limbah  ini  sangat  potensial  untuk  dikembangkan  sebagai  penguat  pada komposit.  Tujuan  dari  penelitian  ini  untuk  mengetahui  pengaruh  dari  perlakuan  alkali  dan    fraksi volume    serat  terhadap  sifat  mekanik  dari  komposit.  Pada  penelitian  pertama,  serat  akar  wangi  yang bersih direndam larutan alkali (5% NaoH) selama 0, 2, 4, dan 6 jam. Selanjutnya dicuci sampai bersih dan  didiamkan  sampai  kering.  Pada  penelitian  kedua,hasil  terbaik  dari  penelitian  pertama  digunakan sebagai  acuan  perendaman  alkali,  selanjutnya  variasi  yang  digunakan  fraksi  volume  serat  10%, 20%,30%, dan 40%. Matrik yang digunakan pada penelitan ini adalah Epoxy A dengan Harderner B. Spesimen  untuk  uji  bending  mengacu  pada  ASTM  D790-02  dan  uji  impak  ASTM  D  5942-9.  Hasil daripenelitian  pertama,  pengaruh  perendaman  alkali  didapat  tegangan  bending  dan  harga  imapak terbesar    39,05  MPa    dan  8,28  kJ/mm 2 pada  perendaman  6  Jam.  Sedangkan  hasil  penelitian  kedua, pengaruh penambahan fraksi volume serat didapat tegangan bending dan harga impak terbesar  43,40 MPa  dan 20,5 kJ/mm 2 pada fraksi volume serat 20%.
Kata kunci: akar wangi, serat alam, perlakuan alkali, fraksi volume, tegangan bending, impak

## 1. Pendahuluan
Komposit adalah material yang terdiri dari dua atau lebih material secara makroskopik dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisika yang terpisah [1]. Perkembangan material komposit mulai bergeser dari bahan serat sintetis  menjadi bahan berpenguat serat alam. Walaupun tidak sepenuhnya menggeser serat  sintetis,  serat  alam  sebagai  penguat  komposit  memiliki  keunggulan,  yaitu  densitas  yang  relatif  ringan,  kekuatan dan kekakuan relatif cukup tinggi, dan lebih ramah lingkungan [2].
Tanaman  akar  wangi  ( Vetiveria  zizanoides )  merupakan  salah  satu  jenis  tanaman  serat  ( bast  fiber )  yang  tumbuh subur  di  Indonesia  seperti  di  daerah  Garut  Jawa  Barat.  Tanaman  akar  wangi  lebih  banyak  diambil  akarnya  yang digunakan  sebagai  penghasil  minyak  atsiri  melalui  proses  penyulingan  dan  menghasilkan  limbah  padat  yang  masih dalam  bentuk  akar  [3]  .Tahun  2012  Kabupaten  Garut  memiliki  potensi  menghasilkan  sekitar  20.000  ton  lebih  akar
Nurdin, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 1  (Januari  2019) Hal. 30-35
wangi mentah pertahun  [4]. Selain Di Kabupaten Garut, tamanan akar wangi juga banyak dijumpai di  Sukabumi dan Wonosobo.  Akar  dari  tanaman  akar  wangi  memiliki  sifat  yang  sangat  ringan  dan  bersifat  mengapung  di  air,  densitas dari akar ini yaitu 0,6455 g/cm 3 [5]. Gambar 1 dan 2 menunjukkan serat akar dari tanamanan akar wangi yang sebelum dan sesudah proses penyulingan.
Gambar 1. Akar dari tanaman akar wangi [3]
Gambar 2. Limbah padat hasil penyulingan akar wangi [3]
Permasalahan  selanjutnya yang muncul adalah  ”bagaimana meningkatkan ikatan (mechanical bonding) antara serat dan  matrik  (perekat)”.  Peningkatan  kekuatan  komposit  serat  alam  dapat    dilakukan  dengan    2  cara  yaitu  dengan memberikan    perlakuan  kimia  serat  atau  dengan  penambahan  coupling  agent.  Perlakuan  kimia  serat  yang    sering dilakukan adalah perlakuan alkali seperti NaOH, karena lebih ekonomis [6].
Perlakuan  alkali  atau  juga  disebut  mercerization  pada  serat  alam  akan  meningkatkan  kualitas  dari  serat  dengan mendegradasi  lapisan  lilin,  selulosa,  dan  lain-lain  pada  permukaan  serat    sehingga  meningkatkan  rasio  aspek,  dan meningkatkan ikatan antarmuka antara serat dengan matriknya [7].
Diharjo  [6]  Melakukan  penelitian  tentang  pengaruh  alkali  pada  komposit  serat  rami  -  polyester  dengan  variasi perendaman  0  jam,  2  jam,  4  jam,  dan  6  jam  pada  fraksi  volume  serat  35%.  Kekuatan  tarik  tertinggi  didapat  pada pengujian  perlakuan  alkali  selama  2  jam  dengan  nilai  190.27  MPa.  Serat  rami  yang  diperkuat  dengan  perlakuan  5% NaOH, mengindikasikan patahan tanpa adanya fiber pull out.
Hariprasad, dkk [7] Melakukan penelitian penaruh perendaman alkali serabut batang pisang  – serabut kelapa pada komposit  serabut  batang  pisang-serabut  kelapa  dengan  matrix  epoxy  terhadap  kekuatan  impak  dan  kelenturan. Perendaman  serabut  batang  pisang  dilakukan  pada  kandungan  NaOH  6%  selama  dua  jam  pada  suhu  ruangan,  pada serabut  kelapa  perendaman  dilakukan  dengan  kandungan  NaOH  10%  selama  tiga  jam  pada  suhu  700  C.  Sedangkan fraksi  berat  yang  digunakan  yaitu  20%.  Berdasarkan  pengujian  didapat  nilai  kekuatan  tarik  dan  nilai  impak  pada perlakuan  alkali  lebih  besar  dibandingkan  tanpa  perlakuan  alkali,  sedangkan  pada  kekuatan  lentur  pada  serat  dengan perlakuan alkali menunjuukan sedikit lebih tinggi dibandingkan tanpa perlakuan alkali.
Tran, dkk [8] Melakukan penelitian pada serat sabut kelapa pendek dengan variasi ganda yaitu perlakuan alkali dan fraksi volume. Kekuatan tarik tertinggi didapat pada pengujian perlakuan alkali dengan fraksi volume serat 20% yang memiliki  nilai  27,9±1,2  MPa.  Sedangkan  kekuatan  terendah  pada  pengujian  tanpa  perlakuan  alkali  dengan  fraksi volume serat 50% yang memiliki nilai 15,2±1,0 MPa.
Nurdin, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 1  (Januari  2019) Hal. 30-35
Abanat, dkk [9] Melakukan penelitian pengaruh fraksi volume serat pelepah gebang bermatix epoxy terhadap sifat mekanik.  Sebelum  dilakukan  pencetakan  komposit,  dilakukan  perendaman  terhadap  terhadap  serah  dengan  larutan NaOH 5% selama dua jam. Variasi fraksi volume yang digunakan pada penelitian ini adalah 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, dan 70%. Sedangkan orientasi serat yang digunakan pada penelitian ini searah, Berdasarkan hasil pengujian mekanik, didapat penambahan fraksi volume sampai 70% akan meningkatkan nilai tegangan tarik dan impak.
Menurut  Gibson    [10],    penempatan  serat  harus  mempertimbangkan  geometri  serat,  arah,  distribusi,  dan  fraksi volume  agar  dihasilkan  komposit  berkekuatan  tinggi  .  Fraksi  volume  dapat  dihitung  menggunakan  perbandingan berikut:
𝐕𝒇  = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝑺𝒆𝒓𝒂𝒕 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝑲𝒐𝒎𝒑𝒐𝒔𝒊𝒕 𝐱 𝟏𝟎𝟎% (1)
Berdasarkan refensi tentang tanaman akar wangi, limbah hasil penyulingan akar wangi jumlahnya sangat berlimpah yang  belum  termanfaatkan  secara  optimal  sehingga  berpotensi  dikembangkan  sebagai  serat  pada  komposit  alami. Berdasarkan  penelitian-penelitian  sebelumnya  menunjukkan  untuk  meningkatkan  kekuatan  mekanik  komposit menggunakan  serat  alam,  dilakukan  metode  perendaman  dengan  larutan  alkali  NaoH.  Selain  itu,  fraksi  volume  serat pada komposit serat alam juga mempengaruhi sifat mekanik komposit. Tujuan dari penelitian ini dapat menambah nilai tambah dari limbah penyulingan akar wangi dengan sebagai bahan komposit serat alam, selain itu penelitian ini untuk mengoptimalkan kekuatan  mekanik dari komposit tersebut  dengan  melakukan perendaman kedalam larutan  alkali dan mengontrol fraksi volume pada serat akar wangi,

## 2. Material dan metode penelitian
Serat  akar wangi  diperoleh dari  Desa Conto, Kecamatan Bulukerto, Kabupaten Wonogiri, Jawa Tengah. Pada riset pertama,  serat  yang  sudah  bersih  direndam  di  dalam  larutan  alkali  (5%  NaOH)  bersirkulasi  dengan  variasi  waktu perendaman  0,  2,  4,  dan  6  jam.  Selanjutnya  serat  dinetralkan  dari  efek  NaOH  dengan  perendaman  menggunakan  air bersih  bersirkulasi.  Setelah  PH  rendaman  netral  (PH=7),  serat  ditiriskan  hingga  kering  tanpa  sinar  matahari.  Setelah kering    serat  dipotong  dengan  panajng  ±  5  mm    selanjutnya  mencetak  spesimen  bending  dan  impak  dengan  fraksi volume  serat  35%,  kemudian  diuji.  Pada  riset  kedua    dipilih  pada  variasi  perlakuan    alkali    yang  terbaik    dan selanjutnya menggunakan variasi fraksi volume. serat, yaitu 10%, 20%, 30%, dan 40% dengan proses pekerjaan yang sama pada riset pertama. Bahan matrik yang digunakan Epoxy A dan Harderner B, yang disuplai oleh PT. Justus Kimia Raya Jakarta.
Spesimen  dibuat    secara  lembaran  dan  dipotong  dengan  menggunakan  gergaji  besi.  Selanjutnya  spesimen dihaluskan  menggunakan  kertas  amplas.  Spesimen  tersebut  dibuat  sesuai  dengan  standar  [11]  ASTM  D790-02  dan ASTM D 5942-9. Sebelum diuji, semua sepesimen dilakukan post cure pada suhu 1000 0 C selama 15 menit. Pengujian bending dilakukan menggunakan alat Universal Testing Machine atau UTM (gambar 3a) di Laboratorium Jurusan  Teknik  Mesin,  Universitas  Sebelas  Maret.  Pengujian  impact  dilakukan  menggunakan impact  tester  izod (gambar  3b)  di  Laboratorium  Pusat  MIPA,  Universitas  Sebelas  Maret.  Foto  makro  (gambar  4)  setelah  pengujian dilakukan di Labo-atorium Jurusan Teknik Mesin, Universitas Sebelas Maret.
(a) (b)
Gambar 3. (a) Alat uji bending Universal Testing Machine ( UTM ) (b) Alat uji impak impact tester izod
Nurdin, dkk./ ROTASI, Vol. 21  No. 1  (Januari  2019) Hal. 30-35
Gambar 4. Alat foto makro patahan komposit

## 3. Hasil dan Pembahasan
Gambar 4a menunjukkan hasil kekuatan bending terendah pada perendaman NaOH 5% selama 0 jam dengan nilai 15,20 MPa. Pada perendaman selama 2 jam dan 4 jam mengalami kenaikan yaitu MPa,  dan 22.84 MPa. Nilai kekuatan bending naik drastis pada perendaman 6 jam dengan nilai 39.05 MPa.
Pada gambar  4b.  menunjukkan hasil  kekuatan impak  terendah pada perendaman 0 jam  dengan nilai 4.27 kJ/mm2. Kekuatan impak secara bertahap akan naik pada perendaman serat 2 jam, 4 jam, dan 6 jam dengan nilai kekuatan impak masing-maasing 5.86 kJ/mm 2 , 7,10 kJ/mm 2 , dan 8,28 kJ/mm 2 .
(a) (b)
Gambar 4. Kurva hubungan tegangan Bending (a) dan impak (b) vs perlakuan alkali (5% NaOH) pada serat
Pada  komposit    tanpa  perendaman  alkali  ikatan  antara  serat  dengan  matrik  tidak  sempurna,  hal  ini  disebabkan adanya  lapisan  yang  menyerupai  lilin  dipermukaan  serat.  Sehingga  ikatan/bonding  antar  muka  (interface)  antara  serat dengan  matrik  tidak  merekat  dengan  sempurna  [6].    Komposit  dengan  perendaman  alkali  akan  mengalami  kenaikan nilai  kekuatan  yang  disebabkan  berkurangnya  lapisan  yang  menyerupai  lilin  dipermukaan  serat,  sehingga ikatan/bonding antar muka (interface) antara serat dengan matrik semakin kuat [6].
Pada gambar 5a dan 5b menunjukkan tegangan bending dan impak pada rencaman alkali NaOH 5% dengan waktu 6 jam. Gambar 5a menunjukkan hasil kekuatan bending terendah pada fraksi volume serat 40% dengan nilai 30,75 MPa. Pada fraksi volume serat 10% nilai kekuatan bending 34,24 MPa. Nilai kekuatan bending naik pada fraksi volume  serat 20%  dengan nilai  43,40 MPa. Namun nilai kekuatan menurun pada fraksi volume serat 30% dengan nilai 39,87 MPa, dan semakin menurun pada 40%.
Pada  gambar  5b  menunjukkan  hasil  kekuatan  impak  terendah  pada  fraksi  volume  serat  10%  dengan  nilai  9,358 kJ/mm2.  Kekuatan  impak  akan  naik  pada  fraksi  volume  serat  20%  nilai  kekuatan  bending  20,5  kJ/mm2.  Selanjutnya turun pada fraksi volume serat 30% dan 40% dengan nilai 16,02 kJ/mm2 dan 10,975 kJ/mm2.
Komposit  dengan  kenaikan  fraksi  volume  serat  akan  menambah  kekuatan  apabila  matrik  masih  mampu  mengisi antar  permukaan  pada  serat,  sehingga  serat  mengalami  ikatan  dengan  matrik  dengan  baik.  Saat  komposit  mengalami tegangan, maka tegangan tersebut akan terdistribusi merata dari matrik ke semua serat sampai serat tersebut mengalami kegagalan. Sedangkan komposit dengan kenaikan fraksi volume  serat akan menurunkan kekuatan apabila matrik tidak mampu  mengisi  antar  permukaan  pada  serat,  sehingga  serat  mengalami  ikatan  yang  tidak  baik  dengan  matri.  Saat komposit  mengalami  tegangan,  maka  tegangan  tersebut  tidak  akan  terdistribusi  secara  merata  dari  matrik  ke  semua serat, sehingga komposit akan mengalami kegagalan langsung yang disebabkan adanya void udara yang terjebak dalam komposit.
0 10 20 30 40 50 0 2 4 6 Perlakuan Alkali (5% NaOH), Jam T eg an g an Be n d in g (M P a) 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 Perlakuan Alkali (5% NaOH), Jam Im pak ( kJ /mm 2 )
(a)
(b)
Gambar 5. Kurva hubungan tegangan Bending (a) dan impak (b) vs Fraksi Volume
Pada gambar 6a dan 6b merupakan penampang komposit tanpa perendaman dan dengan rendaman alkali. Gambar 6.a menunjukkan mekanisme fibre pull out yang terjadi pada serat tanpa  perendaman alkali, dengan ikatan yang tidak kuat  antara  serat  dan  matrik  saat  komposit  terkena  beban  maka  serat  akan  terlepas  dari  matrik.  Pada  gambar    6.b menunjukkan  mekanisme patahan pada serat pada serat dengan perlakuan alkali, dengan ikatan yang kuat  antara serat dan  matrik  saat  komposit  terkena  beban  maka  serat  akan  menahan  distribusi  tegangan  yang  terjadi  sampai  serat mengalami kegagalan (patah).
(a) (b)
Gambar 6. (a) Penampang komposit tanpa perendaman alkali  (b) Penampang komposit dengan perendaman alkali
Pada  gambar  7a  dan  7b  menunjukkan  penampang  patahan  komposit  berdasarkan  fraksi  volume.  Gambar  7.a menunjukkan  mekanisme  komposit  dengan  ikatan  yang  baik  antara  serat  dengan  matrik,  sehingga  saat  pembebanan maksimum serat akan menahan distribusi tegangan dari matrik sampai serat mengalami kegagalan (patah). Pada gambar 7.b    menunjukkan  terdapat  banyak  lubang-lubang  yang  tidak  terisi  oleh  matrik,  hal  ini  disebabkan  jumlah  volume matrik yang tidak mampu mengisi antarmuka serat, sehingga udara akan terjebak didalam komposit dan menyebabkan timbulnya void .
(a)
(b)
Gambar 9. (a) Penampang komposit dengan serat sedikit (b) Penampang komposit dengan serat banyak

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  dan  pembahasan  penelitian  ini  komposit  yang  diperkuat  dengan  serat  akar  wangi  semakin  lama dilakukan  perendaman  alkali  5%  NaOH  sampai  6  jam  memiliki  nilai  kekuatan  bending  dan  impak  semakin  naik. Sedangkan  semakin  banyak  fraksi  volume  serat  melebihi  20%,  maka  nilai  kekuatan  bending  dan  impak  semakin menurun.  Penampang  patahan  komposit  yang  diperkuat  serat    akar  wangi    tanpa  perlakuan  didominasi  perilaku kegagalan fibre  pull  out .  Sedangkan  pada  komposit  yang  diperkuat  serat  dengan  perlakuan  5%  NaOH,  penampang patahannya    mengindikasikan  tanpa  adanya fibre  pull  out .  Komposit  dengan  fraksi  volume  serat  lebih  dari  20%  akan
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 Fraksi Volume (%) T ea g an g a B en d in g ( M P a) 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 Imp ak (k J/ mm 2 ) Fraksi Volume (%)
menurunkan  kekuatan  apabila  matrik  tidak  mampu  mengisi  antar  permukaan  pada  serat,  sehingga  terjadi  ikatan  serat dengan martik tidak kuat.

## Referensi
[1]    Thomas,  S.,  Joseph,  K.,  Kumar,  S,.  Goda,  K.,  and  Sadasivan,  M.  (2012).  Polymer  Composites  :  Volume1,  First Edition. Edited by 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co .KGaA. Published 2012 by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co .KGaA.
[2]   Jamasri  .(2008).  Prospek  Pengembangan  Komposit  Serat  Alam  Di  Indonesia.  Pidato  Pengukuhan  Jabatan  Guru Besar pada Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.
[3]    Guenther, E. (1990). Minyak Atsiri. Jilid IV-A. UI-Press, Jakarta.
[4]    Bappeti. (2012).  Java Vetiver Rootoil (Akar Wangi). Redaksi Buletin Kontrak Berjangka.
[5]   Thinh L, Thai T, and Yen B (2012). Root characteristics of some grass species on the sea dikes in Viet Nam. Delft University of Technology.
[6]    Diharjo, (2006). Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.
[7]  T.  Hariprasad,  G.  Dharmalingam,  and  P.  Praveen,  “Study  of  Mechanical  Properties  of  Banana-Coir  Hybrid Composite Using Experimental and Fem Techniques,” vol. 4, no. June, pp. 518–531, 2013.
[8]    Tran,  N.H.,  Ogihara,  S.,  and  Kobayashi,  S.  .(2011).  Mechanical  Properties  of  Short  Coir/PBS  Biodegradable Composites:  Effect  of  Alkali  Treatment  and  Fiber  Content.  18TH      International  Conference  nn  Composite Materials.
[9]  J.  Daud,  J.  Abanat,  A.  Purnowidodo,  and  Y.  S.  Irawan,  “Pengaruh  Fraksi  Volume  Serat  Pelepah  Gebang  ( Corypha Utan Lamarck ) Terhadap Sifat Mekanik Pada Komposit Bermatrik Epoksi,” vol. 3, no. 2, pp. 352–361, 2012.
[10]  Gibson, R., F., .(1994). Principles of Composite Material Mechanics. McGraw-Hill, New York.
[11]  ASTM, “Annual Book of ASTM Standard” West Conshohocken, 2003