Studi Pengaruh Fraksi Volume dan Susunan Serat

## Terhadap Kekuatan Tarik dan Bending Komposit Resin Berpenguat Serat Rotan (Calamus Trachycoleus)
Hendri Hestiawan 1 , Asrul Fauzi 2
(1) Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik,  Universitas Bengkulu
(2) Alumni Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik,  Universitas Bengkulu Jl. WR Supratman Kandang Limun Bengkulu, Telp. (0736) 344087 e-mail : hestiawan1@yahoo.com

## Abstract
Use of natural fiber composite material started being developed in the manufacturing industry. Progress is due  to  the  composite  nature  of  the  privilege  of  the  composite  itself,  such  as:  has  a  low  density,  capable  of biodegradable, recyclable, has good mechanical properties, and can be renewed because it comes from nature. This research aims to determine the effect of fiber volume fraction and the composition to the tensile strength and bending strength on rattan fiber reinforced composites.
The research material is rattan fiber, epoxy resin and catalyst methyl ethyl ketone peroxide (MEPOXE). Shape of the specimen based on the ASTM D3039 standard for tensile test and ASTM D790-03 for the bending test. Research  specimens  varied  in  aggregate  form  filler  fibers  are  straight,  cross,  and  random  with  fiber  volume fraction of 10%, 20%, 30%, and 40%. Manufacture of specimens using hand lay-up method. To determine the mechanical properties of the material bending test and tensile test and photo macro structure.
The  results  showed  that  the  addition  of  fiber  volume  fraction  resulted  in  an  increase  in  tensile  stress  and bending. The highest tensile stress occurs on the fiber volume fraction of 40% with a straight fiber composition of 31.21 MPa. The highest bending voltage obtained at 40% fiber volume fraction and the fiber composition of the cross of 194.12 MPa. Observations of macro structure indicate that fracture surface is relatively flat and shiny indicating that the rattan fiber reinforced composites are brittle.
Keywords: Composites, the rattan fiber, volume fraction, fiber composition, epoxy resin

## PENDAHULUAN
Dunia  teknik  merupakan  salah  satu  bidang yang  menunjukkan  perkembangan  yang  sangat pesat. Terobosan-terobosan baru senantiasa dilakukan  dalam  rangka  mencapai  suatu  hasil  yang dapat bermanfaat bagi umat manusia. Pengembangan  material    baru  mulai  banyak dilakukan  dalam  memenuhi  permintaan  dunia industry. Penggunaan material logam untuk kebutuhan  industri  yang  terbuat  dari  bahan  logam mengakibatkan  ketersediaan  bahan  baku  logam  di alam semakin menipis. Para peneliti terus berupanya untuk mendapatkan solusi terbaik dalam menemukan bahan alternatif pengganti logam.
Sebagai  bahan  pengganti  logam,  material tersebut  harus  memiliki  beberapa  kelebihan  yang tidak  dimiliki  oleh  bahan  logam,  antara  lain  sifat mekanik yang baik, tahan korosi, bahan baku mudah didapat  dari  alam  dan  memiliki  sifat  ramah lingkungan.  Salah  satu  bahan  yang  sesuai  dengan kriteria di atas adalah bahan komposit [1].
Komposit  memiliki  sifat-sifat  unggul  seperti ringan,  kuat,  tahan  terhadap  korosi  dan  bahan bakunya  tersedia  dalam  jumlah  banyak.  serat  yang
digunakan  pada  material  komposit  terbagi  menjadi dua, yaitu serat alam dan serat sintetik. Serat sintetik dibuat  di  industri  dengan  dimensi  tertentu  dan homogen  seperti  serat  gelas,  gravit,  dan  kevlar. Sedangkan  serat  alam  merupakan  serat   yang dihasilkan  dari  hewan,  tumbuhan  dan  proses geologis [2].
Penggunaan  serat  alam  menjadi  alternative pemilihan  bahan  dan  semakin  diminati  dunia automotif,  seperti  bambu,  sisal,  hemp,  dan  pisang sebagai  bahan  penguat  panel  pintu,  kursi  belakang, dashboard, dan perangkat interior lainnya [3].
Dari  hasil  penelitian  komposit  berpenguat serat  lantung    menunjukkan  bahwa  penambahan serat  lantung  pada  komposit  polimer  resin  epoxy mengakibatkan  peningkatan  harga  impact,  tegangan tarik  dan  bending.  Harga  impact  dan  tegangan bending  tertinggi  terjadi  pada  specimen  dengan susunan  serat  anyam,  yaitu  masing-masing  479,1 J/m 2 dan  83,4  MPa.  Sedangkan  tegangan  tarik tertinggi  terjadi  pada  susunan  serat  memanjang, yaitu 36,3 MPa [4]
Rotan adalah salah satu jenis tumbuhan berbiji tunggal (monokotil) yang memiliki peranan ekonomi  yang  sangat  penting  [5].  Sampai  saat  ini
rotan  telah  dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku pembuatan mebel, kerajinan, peralatan rumah tangga dan lain-lain. Kekuatan, kelenturan dan keseragaman rotan serta kemudahan dalam pengolahannya  menjadikan  rotan  sebagai  salah  satu bahan  non-kayu  yang  sangat  penting dalam industri mebel.
Rotan  dapat  dijadikan  alternatif  bahan  baku, Bahan  ini  mudah  diperoleh  karena  hampir  ada  di seluruh  pelosok  Indonesia  dan  pengolahannya  yang mudah. Oleh karena itu rotan mampu dikembangkan sebagai  serat  penguat  komposit.  Pengembangan industri  pengolahan  komposit  dengan  bahan  baku kulit  rotan  saat  ini  mempunyai  arti  yang  sangat penting  yaitu  dari  segi  pemanfaaatan  sumber  daya alam yang belum termanfaatkan secara maksimal.
Beberapa  polimer  termoset  yang  sering digunakan  sebagai  matriks  komposit,  antara  lain polyester, epoxy dan  polyimide  karena  mampu berikatan  dengan  baik  dengan  serat.  Beberapa apilkasi  yang  menggunakan  resin epoxy sebagai matriks,  antara  lain  nomor  rumah,  tempat  hand phone, casin g hand phone, dan lain-lain [6]. Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  pengaruh  fraksi  volume  dan  susunan serat  terhadap  kekuatan  tarik  dan  kekuatan  bending komposit resin berpenguat serat rotan.

## METODE PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini terdiri dari serat rotan, resin epoxy dan katalis methyl ethyl  ketone  peroxide (MEPOXE).  Standar  ASTM D790-03 untuk uji bending dan ASTM D3039 untuk uji  tarik  adalah  bentuk  standar  dari  spesimen penelitian  yang    dilakukan.  Pembuatan  specimen menggunakan  metode hand  lay  up .  Untuk mengetahui perubahan sifat mekanis bahan dilakukan  uji  tarik  dan  uji  bending.  Kemudian dilakukan  foto  stuktur  makro  terhadap  jenis perpatahan  yang  terjadi  pada  spesimen  setelah pengujian. T ahapan  penelitian  dapat  dilihat  pada Gambar 1.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Uji Tarik
Dari  hasil  uji  tarik  diperoleh  histogram hubungan  tegangan  tarik  terhadap  fraksi  volume serat rotan seperti terlihat pada Gambar 2.
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Gambar 2. Histogram hasil uji tarik Non Serat Acak Silang Lurus Non Serat 8.69 VF 10% 9.04 10.05 11.52 VF 20% 11.49 12.45 13.48 VF 30% 14.98 15.16 15.84 VF 40% 17.98 24.21 31.21
0 5 10 15 20 25 30 35 Tegan gan Tar ik (M Pa)
Dari  Gambar  2  terlihat  bahwa  tegangan  tarik mengalami
peningkatan seiring dengan bertambahnya  fraksi  volume  serat.  Fraksi  volume 40% (VF 40%) dengan susunan serat lurus memiliki tegangan tarik tertinggi,  yaitu 31,21  MPa. Hal yang sama diperoleh pada penelitian yang dilakukan oleh Al-Jeebory,  et  al.  yang  menyatakan  bahwa  nilai tegangan  tarik  akan  meningkat  seiring  dengan bertambahnya  prosentase  serat  dalam  komposit polimer  [7].  Nilai  tegangan  tarik  tertinggi  diperoleh pada  susunan  lurus  disebabkan  oleh  gaya  luar  yang diberikan  berupa  gaya  tarik  yang  searah  dengan susunan  serat  rotan.  Berdasarkan  konsep  gaya  aksi- reaksi  (Hukum  Newton  III)  serat  rotan  akan memberikan gaya reaksi berupa tegangan tarik yang lebih  besar  dibandingkan  dengan  susunan  serat lainnya [8].

## Uji Bending
Hasil  dari  uji  bending  dapat  dibuat  histogram hubungan tegangan bending terhadap fraksi  volume serat rotan seperti terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Histogram hasil uji bending
Dari  Gambar  3  terlihat  bahwa  tegangan bending mengalami peningkatan dengan bertambahnya fraksi volume serat. Specimen dengan fraksi  volume  40%  (VF  40%)  dan  susunan  serat silang  memiliki  tegangan  bending  tertinggi,  yaitu 194,12  MPa.  Hal  ini  disebabkan  komposit  dengan variasi  susunan  serat  membentuk  ikatan kovalen secara adhesi (ikatan  antara  unsur  yang  berbeda
jenis) antara zat kayu ( sellulosa dan lignin ) yang ada pada  serat  sebagai  unsur  kimia  penentu  kekuatan serat dengan matriks.
Variasi susunan serat silang akan memberikan nilai tegangan bending yang lebih besar dari  variasi  susunan  lainnya.  Berdasarkan  konsep kesetimbangan  benda  tegar,  susunan  serat  secara silang akan menghasilkan momen inersia (distribusi massa  pada  spesimen)  dan  titik  berat  yang  merata pada  setiap  titik  pertemuan  sambungan  susunan serat [8].

## Foto Struktur Makro
Setelah  dilakukan  uji  tarik  dan  bending  maka hasil  patahan  diamati  struktur  makronya  untuk mengetahui  jenis  patahan  yang  terjadi,  seperti  yang terlihat pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Gambar 4. Foto patahan spesimen uji tarik
Gambar 5. Foto patahan spesimen uji bending
Non Serat Acak Silang Lurus Non Serat 38.99 VF 10% 60.9 71.42 64.97 VF 20% 72.24 98.9 74.45 VF 30% 101.13 107.07 103.2 VF 40% 107.4 194.12 159.54 0 50 100 150 200 250 Tegan gan B e n d in g (M Pa)
Dari  Gambar  4  dan  5  terlihat  bahwa  hasil patahan  tidak  mengalami  pengecilan  diameter batang  dan  perpanjangan.  Permukaan  patahan relative  rata  dan  mengkilap.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  specimen  bersifat  getas.  Ciri-ciri  patahan yang  bersifat  getas  ialah  permukaan  patahan mengkilap dan permukaan tersebut mulus atau tidak adanya  serabut  [9].  Patahan  getas  ini  dikarenakan bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini menggunakan  resin epoxy yang  termasuk  ke  dalam jenis polimer termoset.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  dan  pembahasan  di  atas maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa penambahan  serat  dan  fraksi  volume  serat rotan  mangakibatkan  nilai  tegangan  tarik  juga semakin  besar.  Tegangan  tarik  tertinggi diperoleh pada spesimen dengan fraksi volume serat  40%  dan  susunan  serat  lurus,  yaitu sebesar 31,21 MPa. 2. Hasil uji bending menunjukkan bahwa penambahan  serat  dan  fraksi  volume  serat rotan  juga  mengakibatkan  nilai  tegangan bending mengalami peningkatan dengan tegangan  bending  tertinggi  diperoleh  pada spesimen dengan fraksi  volume serat 40% dan susunan serat silang, yaitu sebesar          194,12 MPa.
3. Hasil  pengamatan  foto  makro  menunjukkan bahwa jenis patahan yang terjadi pada uji tarik dan bending termasuk jenis patahan getas.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Brouwer,  W.  D.,  2000,  “Natural  Fibre Composites in Structural Components, Alternative  for  Sisal”,  On  the  Occasion  of  the Joint FAO, CFC Seminar , Rome, Italy.
[2]  Kaw,  A.  K.  1997.  “Mechanics  of  Composite Material”, CRC press, New York.
[3]  Boeman,  R.  G.,  and  Johnson,  N.  L.,  2002, “Development  of  a  Coast  Competitive,
Composite  Intensive,  Body-in-while” , Journal SAE , No. 2002-01-1905 (2002)
[4]  Hestiawan,  H  dan  Sohirun.,  2012,  “Pengaruh Penambahan  Serat  Lantung  Terhadap  Sifat
Mekanis  Komposit  Polimer  Resin Epoxy ”, Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin  XI  (SNTTM)  &  Thermofluid  IV ,  UGM, Yogyakarta, 16-17 Oktober.
[5]  FAO,  1997.  The  Plant  Kingdom.  New  York: Food and Agriculture Organization.
[6]  Vasiliev,  VV.  &  Morozov,  EV.,  2001, Mechanics and Analysis of Composite Materials ,  1 st Edition,  Elsevier  Science  Ltd.,
UK.
[7]  Al-Jeebory,  A.A.,  Al-Mosawi,  A.I.,  Abdullah, S.A.,  2009,  “Effect  of  Percetage  of  Fibers Reinforcemet  on  Thermal  and  Mechanical Properties for Polymeric Composite Material”, The Iraqi Journal for Mechanical Engineering, Spesial  Issue,  1 st Conference  of  engineering College, Babylon University, Iraq, 70-82.
[8]  Sutrisno,  2003. Fisika  Dasar  I  untuk Mahasiswa , Ganesha Exact, Bandung.
[9]  Yuwono,  H.  A.,  2009. Buku  Panduan Karakterisasi  Material  I  Pengujian  Merusak (Destructive  Testing) ,  Departemen  Metalurgi dan Material FT- UI, Jakarta.