## PENGARUH ORIENTASI SUDUT LILITAN BENANG KATUN TERHADAP KEKUATAN TARIK PADA PIPA KOMPOSIT FILAMENT WINDING
Ardian Dwi Saputra 1 , M. Fahrur Rozy H 2 , Agus Triono 2 , Imam Sholahuddin 2
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jln. Kalimantan 37, Jember 68121
Email: ardian_dwisaputra@ymail.com

## ABSTRACT
Cotton  fibers  currently  use  in  many  industries  textiles,  easy  gotten  in  the  market,  and  a  cheap price.  Using  of  fiber  would  be  able  to  solve  the  environtment  problems,  reduce  the  metal  using, particularly in the oil and gas industries. In this study, composite pipes are made by cotton fibers as reinforcement, particles of montmorillonite as filler, and unsaturated polyester as matrix. From that  consideration  this  study  was  conducted  to  obtain  that  analysis  of  tensile  strength  composite cotton fibers. With the pattern of variation woven fiber direction angle towards the corner fibers 450, 550, 650, 750, and 850. From the test results the highest tensile strength values is obtained by a composite pipe with fiber direction angle of 850. The test results showed that the tensile strength of  the  cotton  fiber  reinforced  composite  pipe  with  direction  of  450  angle  fiber  is  3.76  MPa,  for direction  of  550  angle  fiber  tensile strength  is  1.28 MPa, for  direction  of  650 angle fiber tensile strength  is  10.691  Mpa,  for  direction  of  750  angle  fiber  tensile  strength  is  14.465  Mpa,  and  for direction of 850 angle fiber tensile strength 28.617 MPa.
Keywords: Cotton fiber, unsaturated polyester, filament winding method, montmorillonite, Tensile Strength

## PENDAHULUAN
Persaingan  pasar  global  menuntut  dunia industri  untuk  lebih  efisien  dalam  menghasilkan produk.  Efisiensi  bisa  diperoleh  dari  berbagai sumber,  misalnya:  bahan  baku,  metode  produksi, tenaga kerja dan lain – lain. Sedangkan dari biaya produksi  yang  didalamnya  terdapat  upah  tenaga kerja, selalu mengalami kenaikan setiap tahunnya seperti  yang  tertuang  dalam  upah  minimum  dari pemerintah. Dewasa ini dunia industri khususnya infrastruktur,  tidak  bisa  lepas  dari  material komposit,  baik  sebagai  struktur  utama  maupun sebagai pendukung [1].
Komposit  merupakan  salah  satu  jenis bahan  yang  dibuat  dengan  penggabungan  dua atau  lebih  macam  bahan  yang  mempunyai  sifat berbeda  menjadi  satu  material  baru  dengan  sifat yang  berbeda  pula  [2].  Komposit  memiliki  sifat mekanik  yang  lebih  bagus  dari  logam,  kekakuan jenis  (modulus Young/density )  dan  kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam.Komposit banyak digunakan  sebagai  bahan  pengganti  logam. Misalnya,  pembuatan  tangki,  pipa  –  pipa  kimia, dan  tabung  gas.  Komposit  mudah  dibentuk, proses  pembutannya  simpel,  dan  tidak  mahal. Akhir  –  akhir  ini  komposit  dikembangkan  di dunia otomotif (transportasi) dan bahan bangunan. Salah satu bahan penyusun antara lain resin,  serat,  dan  partikel  keramik.  Dalam  metode
pembuatan  komposit,  salah  satunya  adalah dengan menggunakan metode filament winding . Filament  winding yaitu  proses  dimana fiber tipe roving atau single  stand di  lewatkan wadah  yang  berisi  resin,  kemudian fiber tersebut akan  diputar  sekeliling mandrel yang  sedang bergerak dua arah, arah radial dan arah tangensial. Proses  ini  di  lakukan  berulang,  sehingga  dengan cara ini di dapatkan lapisan serat dan fiber sesuai dengan  yang diinginkan. Proses filament winding ini  terutama  digunakan  untuk  komponen  belah berlubang, umumnya bulat atau oval [1].
Menurut  Ban  Baker  dkk,  komposit  yang berpenguat  serat fiber  glass dengan orientation 0 0 ,  45 0 ,  90 0 kekutan  tarik  semakin  meningkat. Yakni  pada  sudut  0 0 sebesar  40.39  MPa,  sudut
45 0 sebesar  77.64  MPa  dan  pada  sudut  90 0 sebesar 100.55 MPa. Sedangkan menurut Goncalves  dkk,  komposit  yang  berpenguat  serat wol dengan matrik polyester 272 THV didapatkan kekuatan tarik rata-rata sebesar 22,047 MPa tanpa perlakuan  panas  pada  serat  wol  dan  29,350  MPa pada  benang  wol  yang  diberi  perlakuan  panas dengan peningkatan kekuatan 27% [3][4].
Ibrahim  Tri  S  di  tahun  2016  melakukan penelitian mengenai fabrikasi dan pengujian tarik pipa   komposit   berpenguat  serat  wol  dengan aditif partikel montmorillonite (MMT) menggunakan  metode filament  winding .  Pada
penelitian  tersebut  didapatkan  bahwa  partikel MMT bekerja dengan baik pada ukuran mesh 120 dan mesh 150, pada  ukuran partikel MMT inilah, ikatan  antara penguat  dan pengikat melebihi dari kekuatan komposit tanpa aditif MMT [5].
Berdasarkan  uraian  di  atas  maka  pada penelitian  ini  akan  membahas  lebih  jauh mengenai  pengaruh  variasi  orientasi  serat  pada pipa  komposit  yang  dibuat  dengan  metode filament  winding dengan  aditif  partikel  MMT terhadap kekuatan tarik material.

## METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian  dilaksanakan  di  Laboratorium Teknologi  Terapan  dan  Laboratorium  Uji  Bahan
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Jember. Waktu
penelitian berlangsung selama empat bulan yaitu bulan Juni sampai dengan September tahun 2016.
B. Bahan dan Alat Penelitian  ini  menggunakan  alat  dan  bahan sebagi berikut : 1. Mesin uji tarik Mesin uji tarik yang digunakan pada penelitan ini  menggunakan universal  machine  testing merk  ESSOM  TM  113  dengan  kapasitas  30 kN  di  laboratorium  Uji  Bahan  teknik  Mesin Universitas Jember 2. Mesin filament winding Mesin  filament  winding  yang  digunakan merupakan
3. Partikel MMT ukuran mesh 150 Partikel  yang  dipilih  adalah  partikel  MMT dengan ukuran mesh 150 mengikuti penelitian yang dilakukan Statistianto [5]
4. Resin eterset 2504 APT dan Katalis Berfungsi sebagai matriks pada pipa komposit
5. Benang Katun Berfungsi  sebagai  reinforcement  pada  pipa komposit
6. Kamera DSLR merek Nikon Perangkat tambahan untuk uji tarik
C. Prosedur Penelitian Pada  tahap  ini  merupakan  prosedur  awal sampai  akhir  yang  dilakukan  dalam  penelitian. Tahap ini terdiri dari : a. Langkah - langkah Pembuatan Sampel :
1. Menyiapkan alat dan bahan.
2. Menghancurkan  partikel  dan  ayak  dengan mesin  ayak stain  less dengan  ukuran  mesh
150.
3. Meletakkan  benang  di  mesin filament winding.
4. Menuangkan  resin  yang  sudah  tercampur katalis  ke  bak  resin  yang  ada  di  mesin filament winding
5. Meletakkan   partikel  yang  sudah  diayak  ke bak  partikel  yang  ada  di  mesin filament winding . 6. Menghidupkan  mesin filament  winding , mengatur  kecepatan  sesuai  dengan  yang diinginkan  dan  menentukan  jarak  benang dengan variasi sudut.
7. Setelah  pipa  terbentuk  kemudian  memutus benang  dari  material,  dan  mematikan  mesin yang menggerakkan bak resin dan partikel.
8. Membiarkan  mesin  yang  menggerakkan mandrel tetap hidup sampai material kering.
9. Setelah  kering  melepaskan  material  yang sudah terbentuk dari cetakan.
b. Langkah - langkah pengujian sampel
1. Memotong  material  sesuai  dengan  standar pengujian  tarik  ASTM  D  2290  seperti disajikan pada Gambar 1 [6].
Gambar 1 Alat Bantu Pengujian tarik pipa komposit ASTM D2290 [6]
Bentuk  dan  dimensi  spesimen  menurut  Standar ASTM D 2290 disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2 Bentuk Spesimen Uji Tarik [6]
Perhitungan  kuat  tarik  menurut  Standar ASTM D 2290 menggunakan rumus :
𝜎 𝑎 = 𝑝 𝑏 /2𝐴 𝑚 [6]
Dimana : 𝜎 𝑎 = Tegangan Tarik Maksimum (Mpa) P b = Beban Maksimu (N) A m = Luas Area Minimum (In 2 )
2. Memasang material yang sudah di potong di alat penjepit untuk uji tarik.
3. Melakukan pengujian tarik dengan mesin uji tarik.
4. Mencatat hasil yang diperoleh oleh mesin uji tarik.

## HASIL
Komposit  yang  digunakan  adalah  komposit yang  berpenguat  serat  benang  katun  dengan tambahan  partikel  MMT,  tersusun  atas  resin polyester  eterset 2504  APT  sebagai  matrik, sedangkan  benang  katun  dan  MMT   mesh  150 sebagai  penguat.  Sebelum  dilakukan  pegujian, pipa  komposit  di  potong  dengan  arah  vertikal. Kemudian  pipa  komposit  dipotong  menurut ASTM D 2290 seperti disajikan pada Gambar 3.
(a) (b)
(c)                                            (d)
(e)
Gambar 3. Foto makro orientasi sudut pada pipa komposit (a)sudut 45 0 , (b) 55 0 , (c) 65 0 , (d) 75 0 , (e) 85 0
1. Data Kekuatan Tarik
Data hasil pengujian tarik diperoleh dari pengujian  tarik  dengan  menggunakan universal machine  testing  merk ESSOM  TM  113  kapasitas 30  kN  di  laboratorium  Uji  Bahan  teknik  mesin Universitas  Jember,  sampel  uji  yang  digunakan dengan  menggunakan  variasi  sudut  45 0 ,  55 0 ,  65 0 , 75 0 , dan 85 0 dan diperoleh nilai rata – rata dengan kekuatan tarik seperti disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Grafik kekuatan tarik terhadai orientasi
sudut Berdasarkan grafik diatas terjadi penurunan  kekuatan  tarik  pada  sudut  55 0 dengan kekuatan  tarik  1.28  MPa.  Namun  setelah  itu berangsur naik sampai level tertinggi di sudut 85 0 dengan  kekuatan  tarik  28.61731  MPa.  Karena orientasi  serat  dapat  mengubah  kekakuan  dan kekuatan komposit. Serat penguat dapat dimasukkan  kedalam  matriks  di  sejumlah orientasi.  Serat  berorientasi  secara  acak  memiliki rasio  aspek  mudah  dimasukkan  ke  matriks  dan memberikan perilaku yang relatif isotropik dalam komposit.  Pengaturan  searah  panjang  atau  atau bahkan  terus  menerus  dari  serat  menghasilkan sifat  anisotropik,  dengan  kekuatan  yang  sangat baik dan kekakuan sejajar  dengan serat. Serat ini biasa  ditunjuk  sebagai  0 0 ,  yang  menunjukkan bahwa  semua  serat  sejajar  dengan  arah  tegangan menghasilkan kekuatan tinggi.
2. Analisa Foto Makro
Setelah  dilakukan  pengujian  tarik  dapat terlihat  jelas  patahan  pipa  komposit  sudut  45 0 , 55 0 ,  65 0 ,  75 0 ,  dan  85 0 .  Patahan   tiap  sudut  rata- rata sama yakni fiber break . Pada foto makro juga terlihat  perbedaan  benang  katun  yang  sebagai penguat  ( reinforced) .  Pada  sudut  85 0 penguat benang  katun  terisi  lebih  banyak  dari  pada  sudut 45 0 ,  55 0 ,  65 0 ,  dan  75 0 .  Hal  ini yang mengakibatkan  kekuatan  tertinggi  dimiliki  oleh pipa  komposit  bersudut  orientasi  85 0 .  Dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Foto makro benang katun sebagai penguat pada pipa komposit
Pada  Gambar  5  dapat  dilihat  bahwa  benang katun  yang  sebagai  penguat  pada  pipa  komposit terlihat jelas perbedaannya. Benang katun terlihat semakin  meningkat  pada  tiap  kenaikan  sudutnya. Hal  ini  yang  mengakibatkan  kekuatan  pada  pipa komposit  berpenguat  benang  katun  semakin  kuat pada variasi sudut 85 0 . Untuk arah sudut pada tiap – tiap pipa komposit dapat dilihat pada Gambar 5 Pada  Gambar  3  memperlihatkan  bagaimana perbedaan  pipa  kompsit  dengan  sudut  45 0 ,  55 0 , 65 0 , 75 0 , dan 85 0 . Perbedaan arah orientasi benang sangat  berpengaruh  terhadap  kekuatan  tarik  [7]. Semakin tinggi derajat orientasi sebuah reinforce semakin  tinggi  pula  kekuatan  tarik  yang dihasilkan.  Hal  tersebut  akan  di  jelaskan  lebih detail pada kondisi foto mikro yang memperlihatkan  secara  jelas  ikatan  benang  katun yang sebagai penguat di tiap sudutnya.
3. Analisa Foto Mikro
Pada  orientasi  45 0 terlihat  sedikit  ada jarak  pada  benang  katun  seperti  terlihat  pada gambar 6.
Hal ini bisa terjadi karena pemotongan yang dilakuakn  secara  vertikal.  Benang  katun  pun terlihat  sedikit  dan  berpengaruh  juga  terhadap kekuatan  material.  Karena,  fungsi  benang  katun yang  sebagai reinforced tidak  maksimal.  Partikel MMT yang sebagai pengisipun terlihat jelas yang berwarna coklat dan resin berwarna coklat  gelap. Partikel MMT berdampak pada kekuatan komposit.  Pada  gambar  diataspun  terlihat void , dimana void memberikan  dampak  negatif  pada kekuatan material. Karena kandungan udara yang terjebak  membentuk  cekungan  pada  permukaan ataupun  di  dalam.  Sehingga  berdampak  pada kekuatan uji tarik.
Gambar 7. Foto Mikro Orientasi Benang 55 0
Pada  foto  mikro  sudut  orientasi  benang  55 0 seperti terlihat pada gambar 7, benang katun yang sebagai reinforced seperti  pada  orientasi  sudut 45 0 sedikit  dan  acak.  Kondisi  seperti  ini  juga berdampak pada kekuatan tarik. Begitu pula void juga terlihat pada  orientasi sudut ini. dimana void memberikan  dampak  negatif  pada  kekuatan material.  Karena  kandungan  udara  yang  terjebak membentuk cekungan pada permukaan ataupun di dalam.  Sehingga  berdampak  pada  kekuatan  uji tarik.
Gambar 8. Foto Mikro Orientasi Benang 65 0
Pada  foto  mikro  sudut  orientasi  benang 65 0 seperti terlihat pada gambar 8, terlihat benang katun terlihat  agak  memanjang pada pemotongan arah  vertikal.  Kondisi  seperti  ini  juga  berdampak pada  kekuatan  tarik.  Pada  orientasi  ini  kekuatan meningkat.  Karena  benang  katun  yang  sebagai reinforced hampir bekerja maksimal dapat dilihat dari  foto  makro  pada  gambar  6  diatas,  dapat terlihat  juga  pada  foto  mikro  gambar  di  atas. Gambar foto diatas juga terlihat void. Yang mana, berdampak  negatif  atau  buruk  terhadap  kekuatan tarik.
Gambar 9. Foto Mikro Orientasi Benang 75 0
Pada  foto  mikro  yang  disajikan  pada Gambar  9,  benang  katun  memanjang  dan  tebal. Dimana  pada  sudut  orientasi  benang  ini  benang katun  tersusun  dengan  rapat.  Sehingga  terlihat memanjang  dan  tebal  dipotong  arah  vertikal.  Hal ini  berdampak  pula  terhadap  kekuatan  tarik. Sehingga  pada  sudut  orientasi  benang  75 0 kekuatan pipa komposit naik. Namun, karena void tidak bisa dihindari (dapat terlihat jelas pada foto mikro diatas) kekuatan tarik menjadi turun.
Gambar 10. Foto Mikro Orientasi Benang 85 0
Pada foto mikro gambar 10 terlihat jelas benang  katun  semakin  rapat  dan  memanjang (pada  potongan  vertikal),  dan  pada  foto  patahan terlihat  benang  katun  yang  hampir  memenuhi pipa  komposit  sepesimen.  Benang  katun  yang sebagai reinforced terlihat rapat sehingga membuat  kekuatan  tarik  bertambah  pada  sudut orientasi  benang  85 0 .  Pada  foto  mikro  diatas (keseluruhan) dapat terlihat jelas void (gelembung udara) yang ada pada pipa komposit. Hal ini dapat terjadi  karena,  ketika  pembuatan  pipa  komposit terdapat  udara  yang  terperangkap.  Sehingga, berpengaruh terhadap kekuatan material. Terbentuknya void ketika proses curing (pengeringan)  resin  dimana  udara  terjebak  ketika proses curing. Kejadian ini membentuk cekungan –  cekungan  kecil  (  rongga  –  rongga  )  pada  sisi luar  maupun  sisi  dalam  pipa  komposit.  Selain void,  partikel  MMT  juga  berpengaruh  besar terhadap kekuatan. Semakin kecil ukuran partikel semakin  besar  pula  pengaruhnya  terhadap kekuatan  tarik  pada  sebuah  material.  Partikel MMT  yang  semakin  kecil,  pada  Mesh  150 berpengaruh  besar  terhadap  kekuatan  material pipa  komposit.  Hal  ini  bisa  terjadi  karena  ikatan antar  partikel  semakin  kuat.  Kebalikan  dari partikel  yang  besar.  Partikel  yang  besar menurunkan  kekuatan  tarik  karena  ikatan  antar partikel tidak terjalin sempurna atau tidak rapat.

## PEMBAHASAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  tarik,  kekuatan komposit menunjukkan terjadinya kenaiakan tiap orientasinya. Hal ini bisa terjadi karena, molekul - molekul serat tersusun sejajar, dan lebih banyak terjadi  ikatan  antar  molekul  karena  susunan molekul  serat  menjadi  lebih  rapat.  Namun,  pada sudut  orientasi  55 0 terjadi  penurunan  dengan kekuatan  sebesar  1.28  MPa.  Namun,  dengan penambahan  orientasi  serat  yang  semakin merapat dengan rentan 65 0 , 75 0 , 85 0 benang katun yang sebagai penguat mampu menahan gaya tarik dari sumbu Y pada pipa komposit. Sebagai mana yang  diketahui  bahwa  untuk  serat  yang  semakin mendekati  arah  sumbu  Y  pada  penampang  yang membujur  horizontal  kekuatan  tarik  yang dihasilkan  semakin  besar  atau  semakin  kuat. Sebaliknya  jika  serat  yang  mendekati  sumbu  X kekuatan  tarik  yang  dihasilkan  semakin  rendah. Partikel  MMT  juga  berpengaruh  besar  terhadap kekuatan  tarik  pada  material  (pipa  komposit). Karena,  semakin  kecil  partikel  memberikan kekuatan  tarik  yang  bertambah.  Seperti  sudah dijelaskan  pada  penelitian  sebelumya.  Namun, untuk  menjadikan  material  yang  kuat  tidak  bisa menghilangkan  yang  namaya void . Void tidak bisa  dihindari  karena  udara  yang  bebas  diluar ketika  proses  pembuatan  komposit  berlangsung. Pengaruh void terhadap kekutan material sangatlah  besar.  Hal  ini  bisa  mengakibatkan menurunnya  kekuatan  sebuah  material.  Pada penelitian  ini  kekuatan  terbesar  dihasilkan  pada sudut  orientasi  85  derajat  yakni  28.617  MPa. Sedangkan  kekuatan  terendah  pada  orientasi sudut 55 derajat yakni 1.28 MPa.
Berdasarkan hipotesis penulis tentang pengaruh variasi orientaasi serat terhadap kekutan uji  tarik  dapat  di  jelaskan.  Yakni,  semakin  tinggi orientasi serat pada pipa komposit dengan metode pembutan  yang  sama,  kekutan  yang  di  hasilkan tinggi.  Sehingga  dapat  dikatakan  semakin  tinggi drajat orientasi benang berbanding lurus terhadap kekuatan uji tarik.
Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa kekutan tarik terbesar yang diperoleh yaitu 28.617 MPa  lebih  kecil  dari  pada  penelitian  sebelumnya sebesar 210.89 MPa dikarenakan orientasi benang yang  semakin  tinggi  yakni  90 0 dan  penguat  yang berbeda.  Berdasarkan  gambar  5  bentuk  patahan yang  terjadi  pada  setiap  orientasi  serat  sama yakni, patah serat atau fiber break.

## KESIMPULAN
Dari  pembahasan  yang  telah  dilakukan,  dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.
1.    Pada  sudut  orientasi  benang  yang  semakin besar  atau  tinggi,  kekuatan  tarik  bertambah. Karena,  pada  sudut  orientasi  yang  semakin besar  ikatan  antar  benang  katun  yang sebagai reinforced baik.  Semakin  besar
orientasi  benang  katun  (hampir  sejajar dengan arah tegangan) kekuatan terhadap uji tarik  besar  pula.  Pada  penelitian  ini, orientasi  sudut  85 0 kekuatan  tarik  terbesar dengan besar 28.617 MPa.
2. Kondisi  morfologi  pipa  komposit  setelah dilakukan  pengujian  tarik,  menunjukkan bahwa faktor utama  kegagalan  yaitu adanya rongga atau cekungan pada komposit akibat terbentuknya void . Void sendiri adalah udara yang terperangkap pada proses
berlangsungnya pengeringan komposit.
Terlihat  juga  perbedaan  benang  katun  yang sebagai reinforced (penguat).  Semakin tinggi  derajat  orientasi  benang  katun, semakin  rapat  pula  ikatan  benang  katun yang sebagai reinforced .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hardoyo,  K.  2008.  Karakterisasi  Sifat
Mekanis  Komposit  Partikel  Sio2  Dengan Matriks Resin Polyester. Magister,
Universitas Indonesia.
[2] Purwanto,  D.  A  &  Johar,  L.  2012
Karakterisasi  Komposit  Berpenguat  Serat Bambu  Dan  Serat  Gelas  Sebagai  Bahan Alternatif Bahan baku industri, ITS Surabaya.
[3] Goncalves,  S.,  Vieira,  P.  &  Esteves,  J.  L. 2004  Mechanical  Characterisation  Of  Wool Fibres  For  Reinforcing  Of  Composite Materials.
[4] Ban, B & Haithem, H,. 2013  Effect of Fiber
Orientation  for  Fiber  Glass  Reinforced Composite Material on Mechanical
Properties Internasional Journal
[5] Statistianto,  I,  T.  2016.  Fabrikasi  dan
Pengujian  Tarik  Pipa  komposit  Berpe-nguat Serat Wol dengan Aditif Partikel
Montmorillonit. Universitas Jember
[6] ASTM D 2290. 2000. Standard Test Method for  Apparent  Hoop  Tensile  Strength  of Plastic or Reinforced Plastic Pipe by Split
[7] Bagherpour,  S.  2012  Fibre  Reinforced Polyester Composites. Iran