## Peningkatan Kekuatan Mekanik Komposit Sandwich Serat Kenaf dengan Core Kayu Albizzia
Falcataria untuk Material Dinding Komposit
Sri Hastuti 1* , Catur Pramono 1 , Paryono 2
1 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tidar, Magelang Jl. Kapten Suparman No.39, Magelang
2 Diploma 3 Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Semarang, Semarang Jl. Prof. Sudarto, SH., Tembalang, Semarang
*E-mail: hastutisrimesin@untidar.ac.id
Diajukan: 03-01-2022; Diterima: 02-08-2022; Diterbitkan: 22-08-2022

## Abstrak
Komposit sandwich berpenguat serat alam banyak digunakan dalam aplikasi bidang industri otomotif dan perumahan ramah lingkungan sebagai dinding komposit. Penelitian ini mengkaji pengaruh orientasi serat, jumlah layer, dan tebal core terhadap  kekuatan  bending  komposit sandwich serat  kenaf  dengan core kayu Albizzia  Falcataria .  Material penelitian  menggunakan  serat  kenaf  ( Hibiscus  Cannabinus ),  matrik unsaturated  polyester 157  BQTN-EX  dengan katalis MEXPO, dan core kayu Albizzia Falcataria . Komposit  serat kenaf  2 layer pada variasi orientasi serat  0/90, 30/60, dan 45/-45. Komposit sandwich pada orientasi serat 0/90 dan tebal core 10 mm dengan variasi jumlah lamina 2, 4, 6, dan 8 layer. Komposit sandwich dengan jumlah lamina 4 layer dan variasi tebal core 5, 10, 15, dan 20 mm. Pembuatan komposit menggunakan metode cetak tekan. Pengujian bending komposit mengacu pada standar ASTM D 790,  dan  komposit sandwich mengacu  pada  standar  ASTM  C  393. Hasil  pengujian  komposit  serat  kenaf    variasi orientasi serat 0/90, 30/60, dan 45/-45 dengan tebal lamina 2 layer kekuatan bending optimal pada orientasi serat 0/90 dengan nilai 62.81 N/mm 2 . Optimasi pengujian komposit sandwich dengan variabel tebal lamina 2, 4, 6, dan 8 layer dengan orientasi serat 0/90 dan tebal core 10 mm kekuatan bending optimal pada tebal lamina 4 layer dengan  nilai 165.76 N/mm 2 . Kekuatan bending komposit sandwich dengan variabel tebal core 5, 10, 15, dan 20 mm pada orientasi serat 0/90 dengan jumlah lamina 4 layer optimal pada tebal core 20 mm sebesar 178.03 N/mm 2 . Mode kegagalan terjadi pada komposit dan komposit sandwich adalah face yield, core shear dan fiber pull out.
Kata kunci: core kayu; serat kenaf ; komposit; kekuatan bending

## Abstract
Natural fiber-reinforced sandwich composites are widely used in eco-friendly automotive and residential industrial applications  as  composite  walls.  This  study  examines  the  effect  of  fiber  orientation,  number  of  layers,  and  core thickness  on  the  bending  strength  of  a  kenaf  fiber  sandwich  composite  with  Albizzia  Falcataria  wood  core.  The research material used kenaf fiber (Hibiscus Cannabinus ), unsaturated polyester 157 BQTN-EX matrix with MEXPO catalyst, and Albizzia Falcataria wood core. Kenaf fiber composite with 2 layers in fiber orientation variations of 0/90, 30/60, and 45/-45. Sandwich composites with fiber orientation 0/90 and core thickness 10mm with variations in the number of laminae 2, 4, 6, and 8 layers. Sandwich composites with 4 layers of lamina and variations in core thickness of  5,  10,  15,  and  20  mm.  Composite  fabrication  using  the  compression  molding  method.  The  bending  test  of  the composite refers to the ASTM D 790 standard, and the sandwich composite refers to the ASTM C 393 standard. The test results for the kenaf fiber composite have variations in fiber orientation of 0/90, 30/60, and 45/-45 with a thickness of 2 layers of lamina for optimal bending strength at fiber orientation 0/90 with a value of 62.81N/mm2. Optimization of sandwich composite testing with variable thickness of lamina 2, 4, 6, and 8 layers with fiber orientation of 0/90 and core thickness of 10 mm. Optimal bending strength for laminae thickness of 4 layers with a value of 165.76 N/mm2. The bending strength of sandwich composites with variable core thicknesses of 5, 10, 15, and 20 mm at fiber orientation 0/90 with the optimal number of lamina 4 layers at 20 mm core thickness is 178.03 N/mm2. The failure modes that occur in composites and sandwich composites  are  face yield, core shear, and fiber pull out.

## Keywords: wood core; kenaf fiber; composite; bending strength
1. Pendahuluan
Komposit sandwich berpenguat  serat  alam  merupakan  material  ramah  lingkungan  dan  banyak  digunakan  dalam industri. Teknologi penggunaan komposit saat ini berkembang pada berbagai bidang industri seperti industri otomotif, kelautan, penerbangan, konstruksi dan perumahan ramah lingkungan sebagai dinding komposit. Keuntungan penggunaan komposit yaitu ringan, tahan korosi, tahan air, performance -nya menarik, dan tanpa proses pemesinan [1]. Panel komposit
mempunyai sifat ringan, sehingga beban akibat konstruksi tersebut juga menjadi lebih ringan. Harga produk komponen dibuat dari komposit dapat turun hingga 60% dibandingkan dengan produk logam. Material komposit mampu mereduksi penggunaan material logam logam impor yang lebih mahal dan mudah terkorosi [2]. Serat alam menjadi terobosan baru sebagai material yang ramah lingkungan, mudah dibudidayakan, harganya murah, serta mempunyai kekuatan mekanik tinggi [3] [4] .
Komposit dengan fraksi volume serat dapat meningkatkan kekuatan mekanik apabila  matrik mampu mengisi antar permukaan  serat,  sehingga  serat  akan  mengalami bonding dengan  matrik.  Tegangan  terjadi  pada  komposit  ,  maka tegangan akan terdistribusi merata dari matrik ke semua serta sampai serat tersebut mengalami failure [5]. Pada komposit serat alam  sabut kelapa dengan treatment kimia NaOH 15% selama 5 jam berpengaruh terhadap peningkatan bending komposit.  Hal  ini  disebabkan  berkurangnya hemiselulosa,  lignin/pectin,  wettability serat  terhadap  matrik  baik  dan meningkatkan kekuatan antarmuka, sehingga terjadi mechanical interlocking antara serat dan matrik [6].
Komposit hybrid sandwich tersusun oleh dua atau lebih lamina komposit hybrid dengan core di tengahnya. Lamina menggunakan serat gelas anyam dan serat kenaf acak (acak - anyam - acak) dengan core kayu sengon laut ( 5, 10, 15, dan 20 mm).  Penambahan ketebalan core mampu meningkatkan kekuatan bending komposit hybrid sandwich . Kegagalan terjadi  pada  daerah  batas core dan  komposit skin dengan  adanya  kegagalan  delaminasi  [7].  Komposit sandwich menggunakan skin serat kenaf dan lapisan core sengon laut dengan variasi 1, 2 , 3 , 4 laminasi core berpengaruh pada kekuatan  bending.  Semakin  banyak  lapisan core kayu  sengon  pada  komposit sandwich serat  kenaf,  maka  kekuatan bending akan  meningkat. Hal ini dikarenakan fungsi core dalam komposit sandwich sebagai penyongkong  utama dan pendistribusi beban komposit agar distribusi beban diterima merata pada semua bagian. Lapisan core yang meningkat akan mempengaruhi peningkatkan kekuatan komposit sandwich serat kenaf. Kegagalan terjadi pada permukaan patahan pengujian  bending  yaitu core  failure  (crushing),    micro  bukling, delaminasi,    dan face  yield [8].  Komposit sandwich menggunakan core  Polyurethane  rigid  foam dengan  tebal  2,5  mm  direkatkan  dengan  komposit  laminat  serat  bambu- fiberglass menggunakan polyester dengan curing 12 jam. Serat bambu diberikan perlakuan kimia perendaman NaOH 4 %  selama  2  jam  untuk  menghilangkan  lapisan  lilin  pada  serat.  Peningkatan    kekuatan  bending  komposit  ketika  kulit komposit bertambah lapisannya, ini terjadi baik pada lapisan fiberglass saja maupun perpaduan lapisan fiberglass dengan lapisan bambu [9] .
Pemanfaatan  serat  alam  yang  ramah  lingkungan  diperlukan  dalam  dunia  industri.  Oleh  karena  itu,  penelitian  ini bertujuan  untuk menyelidiki  pengaruh orientasi serat, jumlah layer, dan tebal core terhadap kekuatan bending komposit sandwich serat kenaf dengan core kayu Albizzia Falcataria . Diharapkan dari penelitian ini akan memberikan pengaruh terhadap produk diding komposit yang lebih ramah lingkungan untuk industri terutama sekarang ini pada industri otomotif yang sedang berkembang dan membutuhkan konstruksi ringan yaitu mobil listrik atau pun mobil hemat energi.

## 2. Material dan metodologi
Material komposit menggunakan serat kenaf (Hibiscus Cannabinus ) , matrik unsaturated polyester 157 BQTN-EX dengan  katalis  MEXPO.  Serat  kenaf  dibersihkan  melalui  proses  pencucian  untuk  meminimalisir  kotoran  dan  diangin- anginkan diatas kawat strimin selama 24 jam. Pengeringan serat kenaf dilakukan pada suhu 50 0 C selama 15 menit agar kadar  air  pada  serat    5-10%.    Bahan core menggunakan  kayu  Albizzia  Falcataria  dengan  pemotongan  melintang ditunjukkan pada Gambar 1. Variasi ketebalan core kayu 5, 10, 15, dan 20 mm.  Kayu dikontrol kadar air melalui proses pengeringan 60 0 C selama 30 menit agar kadar air pada kayu 5 – 10%.

## Gambar 1. Core kayu Albizzia Falcataria
Pembuatan komposit skin (V f = 20%) serat kenaf  2 layer dengan variasi orientasi serat 0/90, 30/60, 45/-45. Variasi orientasi serat kenaf ditunjukkan pada Gambar 2. Komposit sandwich dengan orientasi serat kenaf  0/90 dan tebal core kayu Albizzia  Falcataria 10  mm  dengan  variasi  jumlah  lamina  2,  4,  6,  dan  8  layer.  Komposit sandwich serat  kenaf orientasi 0/90 pada  jumlah lamina 4 layer dengan variasi tebal core 5, 10, 15, dan 20 mm.
Gambar 2. Variasi orientasi serat kenaf (a) 0/90, (b) 30/60, (c) 45/-45
Pembuatan  komposit    menggunakan  metode  cetak  tekan.  Ukuran  cetakan  komposit  tersebut  215  mm  x  130  mm. Susunan komposit sandwich serat kenaf dengan core kayu Albizzia Falcataria ditunjukkan pada Gambar 3. Pengujian bending komposit mengacu pada standar ASTM D 790. Pengujian  bending komposit sandwich mengacu pada standar ASTM C 393. Pengujian bending  dilakukan dengan metode three point bending ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 3. Komposit sandwich serat kenaf dengan core kayu Albizzia Falcataria
(a) (b)
(c) (0/90) (30/60) (45/45) (90 0 ) (30 0 )
(45 0 )
Komposit skin serat kenaf Core kayu Albizzia Falcataria
Komposit skin serat kenaf
Gambar 4. Pengujian bending dengan metode three point bending

## 3. Hasil dan pembahasan
Pengujian three point bending pada komposit dilakukan sebanyak 3 kali mengacu pada standar ASTM D 790 . Hasil pengujian bending komposit serat kenaf lamina 2 layer dengan variasi orientasi serat 0/90, 30/60, dan 45/-45 ditunjukkan pada Gambar 5. Kekuatan bending pada orientasi serat 45/-45 sebesar  46, 28 N/mm 2 , orientasi serat 30/60 sebesar 62,81 N/mm 2 , dan orientasi serat 0/90 sebesar 46,28 N/mm 2 . Kekuatan bending komposit serat kenaf tertinggi ditunjukkan pada orientasi  0/90  dan  terendah  pada  orientasi  serat  45/-45.  Peningkatan  kekuatan  bending  dapat  disebabkan  peningkatan sudut orientasi serat berpengaruh pada meningkatnya kekuatan bending komposit serat kenaf [10].
Gambar 5. Hasil pengujian bending komposit serat kenaf lamina 2 layer terhadap variasi orientasi serat
Pengujian three point bending pada komposit sandwich dilakukan sebanyak 3 kali mengacu pada standar  ASTM C 393. Hasil pengujian bending komposit sandwich orientasi serat kenaf  0/90  dengan tebal core kayu Albizzia Falcataria 10 mm terhadap variasi jumlah lamina 2, 4, 6, dan 8 layer.  Kekuatan bending  komposit sandwich menunjukkan pada variasi lamina jumlah 2 layer sebesar 116,95 N/mm 2 , 4 layer sebesar 165,76 N/mm 2 , 6 layer sebesar 159,12 N/mm 2 , dan 8 layer sebesar 152,37 N/mm 2 . Jumlah layer serat kenaf semakin bertambah dengan tebal core yang sama 10 mm dan orientasi serat 0/90 berpengaruh terhadap kemampuan dalam menahan beban, sehingga kekuatan bending pada jumlah 4, 6,  dan  8  layer  lebih  tinggi  dibandingkan  pada  jumlah  2  layer.  Semakin  banyak  jumlah  lamina/  layer  pada  komposit sandwich serat kenaf   mengakibatkan  meningkatnya  kekuatan bending [11] . Hasil pengujian komposit sandwich serat kenaf dengan tebal core 10 mm terhadap variasi jumlah layer ditunjukkan pada Gambar 6.
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 0/90 30/60 45/-45 Kek u atan B en d in g ( N/m m 2 ) Variasi Orientasi Serat (0)
Gambar 6. Hasil pengujian bending komposit sandwich tebal core 10 mm terhadap variasi jumlah layer
Hasil pengujian komposit sandwich serat kenaf 4 layer dengan orientasi serat 0/90 dan variasi tebal core kayu Albizzia Falcataria 5, 10, 15, dan 20 mm ditunjukkan pada Gambar 7. Kekuatan bending komposit sandwich menunjukkan pada variasi tebal core 5 mm  sebesar 148,97 N/mm 2 , tebal core 10 mm sebesar 165,76 N/mm 2 , tebal core 15 mm  sebesar 146,58 N/mm 2 , dan tebal core 20 mm sebesar  178,03 N/mm 2 . Kekuatan bending komposit sandwich serat kenaf 4 layer tertinggi  pada  tebal core 20  mm.  Hal  ini  dikarenakan  semakin  tebal core kayu Albizzia  Falcataria pada  komposit sandwich serat  kenaf  menyebabkan  peningkatan  kekuatan core yang  digunakan  dan  semakin  tinggi  pula  kekuatan bendingnya [12]. Core kayu Albizzia Falcataria merupakan bagian utama dari komposit sandwich sebagai penyongkong utama dan pendistribusi beban yang diterima lebih merata pada semua bagian komposit sandwich [8].
Gambar 7. Hasil pengujian bending komposit sandwich serat kenaf 4 layer terhadap variasi tebal core
Pengamatan hasil pengujian bending menunjukkan adanya jenis kegagalan pada komposit. Penampang patahan akibat pengujian bending komposit dan komposit sandwich serat kenaf  dengan core kayu Albizzia Falcataria ditunjukkan pada Gambar 8, Gambar 9, dan Gambar 10.
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00 200.00 2 4 6 8 Kek u atan B en d in g ( N/m m 2 ) Jumlah Layer 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 160.00 180.00 200.00 5 10 15 20 Kek u atan B en d in g ( N/m m 2 ) Tebal core (mm) Face yield Micro buckling
Pada  komposit  serat  kenaf  terjadi  kegagalan face  yield dan micro  buckling ditunjukkan  pada  Gambar  8.  Hal  ini dikarenakan material komposit tidak mampu menahan beban dan terjadi kegagalan pada permukaan komposit serat kenaf [8].
Gambar 9. Penampang patahan komposit sandwich serat kenaf
Pada komposit sandwich terjadi kegagalan berupa skin patah dan core failure ditunjukkan pada Gambar 9. Selain itu pada komposit sandwich serat kenaf  terjadi fiber pull out akibat serat kenaf tidak mampu menahan beban dan terlepas dari bonding dengan  matrik.    Hal  ini  memperlihatkan  bahwa  ikatan  antara  matrik  dan  serat  kenaf    melemah,  karena pemberian beban yang terus menerus. Pada saat matrik mengalami failure berupa skin patah serat kenaf masih mampu menahan  beban,  sehingga  patahan  akibat  uji  bending  tidak  berlangsung  secara  bersamaan.  Serat  kenaf  pada  komposit semakin ulet ditunjukkan pada Gambar 9  terjadi fiber pull out yaitu serat tertarik keluar, sehingga membuat komposit sandwich menjadi semakin tangguh dalam menyerap beban [13]. Kegagalan fiber pull out dari matrik menggambarkan jenis bentuk patahan ulet [14].
Gambar 10. Core shear pada patahan komposit sandwich serat kenaf
Komposit sandwich serat kenaf dengan core kayu Albizzia Falcataria kegagalan core tampak nyata ditunjukkan pada Gambar 10. Kegagalan core  shear terjadi pada komposit sandwich . Hal ini dikarenakan core tidak  mampu  menerima beban terpusat dan beban bending berlebih yang didistribusikan  dari skin bawah ke bagian core [15]. Komposit sandwich masih dapat ditingkatkan kekuatan mekaniknya  menggunakan core yang mempunyai sifat mekanis lebih tinggi [16].
Core Shear Fiber Pull Out Skin Patah

## 4. Kesimpulan
Komposit dan komposit sandwich dengan  material serat kenaf dan core kayu Albizzia Falcataria dapat digunakan untuk material diding komposit baik pada industri otomotif, kelautan, penerbangan, konstruksi. Hal ini ditunjukkan dari hasil pengujian bending komposit pada variasi orientasi serat 0/90 mampu  menerima beban dengan kekuatan bending tertinggi  pada  variasi  tersebut.  Pada pengujian  komposit sandwich pada core 10  mm  dan  variabel  layer  menunjukkan semakin  banyak  jumlah  lamina/  layer  komposit sandwich serat  kenaf    mengakibatkan  kekuatan  bending  meningkat. Semakin tebal core kayu Albizzia Falcataria pada komposit sandwich serat kenaf menyebabkan peningkatan kekuatan core yang digunakan dan semakin tinggi pula kekuatan bendingnya. Patahan terjadi pada komposit, karena tidak mampu menerima beban yaitu face yield dan pada komposit sandwich yaitu skin patah, fiber pull out , dan core shear.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang berperan dalam penelitian, baik dalam bentuk  dukungan  dana,  perizinan  penelitian,  pengambilan  data,  serta  yang  utama  atas  dukungan  yang  diberikan  oleh Universitas Tidar.

## Daftar Pustaka
[1] S. Hastuti, C. Pramono, and Paryono, “Utilization of palm fiber waste as reinforcement composite material for the manufacture of public housing panel,” AIP Conf. Proc. , vol. 2097, no. April, 2019.
[2] S. Hastuti, C. Pramono, and Y. Akhmad, “Sifat Mekanis Serat Enceng Gondok Sebagai Material Komposit Serat Alam Yang Biodegradable,” J. Mech. Eng. , vol. 2, no. 1, pp. 22–28, 2018.
[3] I. E. Aková, “Developement Of Natural Fiber Reinforced Polymer Composites,” Transf. Inovácií , vol. 25, pp. 3– 5, 2013.
[4] D. R. Putra, H. Sosiati, and C. Budiyantoro, “Karakterisasi Sifat-Sifat Tarik Komposit Laminat Hibrida Kenaf/E- Glass yang Difabrikasi dengan Matrik Polypropylene,” J. Mater. dan Proses Manufaktur , vol. 1, no. 1, pp. 41– 45, 2017.
[5] A. Nurdin, S. Hastuti, H. P. D., and R. H., “Pengaruh Alkali dan Fraksi Volume terhadap Sifat Mekanik Komposit Serat Akar Wangi – Epoxy,” Rotasi , vol. 21, no. 1, p. 30, 2019.
[6] S. Hastuti, H. S. Budiono, D. I. Ivadiyanto, and M. N. Nahar, “Peningkatan Sifat Mekanik Komposit Serat Alam Limbah Sabut Kelapa (Cocofiber) yang Biodegradable,” Reka Buana  J. Ilm. Tek. Sipil dan Tek. Kim. , vol. 6, no. 1, pp. 30–37, 2021.
[7] A. Hariyanto, “Peningkatan Ketahanan Bending Komposit Hibrid Sandwich Serat Kenaf Dan Serat Gelas Bermatrik Polyester Dengan Core Kayu Sengon Lau,” Media Mesin Maj. Tek. Mesin , vol. 8, no. 1, pp. 1–9, 2017.
[8] D. A. Prayoga, N. S. Dratiawati, "Pengaruh Jumlah Laminasi Core Komposit Sandwich Serat Kenaf dengan Core Kayu Sengon terhadap Kekuatan Bending" JTM, Vol. 09, No. 01, hal. 1-10, 2021.
[9] A. D. Catur, P. D.S., S. Sinarep, and N. Prayitno, “Sifat Mekanik Komposit Sandwich Berpenguat Serat BambuFiberglass Dengan Core Polyurethane Rigid Foam,” Rekayasa Mesin , vol. 5, no. 1, p. pp.51-57, 2014.
[10] K. Diharjo, Santoso, "Pengaruh Orientasi Anyaman dan Density Kenaf Acak Terhadap Kekuatan Tarik Bahan Komposit Berpenguat Serat Kenaf Anyam dan Acak” Prosiding Seminar Nasional Teknoin, Yogyakarta 22 November 2008. A97-A103.
[11] A. Rianto and S. Soeparman, “Karakterisasi Kekuatan Bending dan Hidrofobisitas Komposit Serat Kulit Waru ( Hibiscus tiliaceus ) Kontinyu Bermatrik Pati Ubi Kayu,” vol. 2, no. 2, pp. 130–136, 2011.
[12] P. Leite, “Optimal design of architectured sandwich panels for multifunctional properties Optimal design of architectured sandwich panels for multifunctional properties,” 2014.
[13] A. Leiwakabessy, A. Purnowidodo, S. Sugiarto, and R. Soenoko, “Perubahan Sifat Mekanis Komposit Hibrid Polyester Yang Diperkuat Serat Sabut Kelapa Dan Serat Ampas Empulur Sagu,” Rekayasa Mesin , vol. 4, no. 3, pp. 235–240, 2013.
[14] N. H. Sari and J. Fajrin, “Sifat Mekanik dari Komposit Poliester-Serat Pelepah Kelapa: Efek Perendaman Serat dalam Larutan Kimia Alkali,” J. Tek. Mesin , vol. 7, no. 2, p. 57, 2018.
[15] W. B. Utomo and N. S. Drastiawati, “Pengaruh Variasi jenis core , temperatur curing dan post-curing karakteristik bending komposit sandwich serat karbon dengan metode vacuum infusion.”
[16] K. Diharjo, “Kekuatan Bending Komposit Sandwich Serat Gelas Dengan Core Divinycell-Pvc H-60 (Pengaruh Orientasi Serat, Jumlah Laminat Dan Tebal Core Terhadap Kekuatan Bending),” Mekanika , vol. 9, pp. 313–319,
2011.