STUDY KARAKTERISTIK ORIENTASI SERAT BAHA

STUDY KARAKTERISTIK ORIENTASI SERAT BAHAN
KOMPOSIT LAMINASI SERAT WOVEM RAMI/RESIN EPOXY
UNTUK APLIKASI IMPAK
Edy Yusufa
a

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Malikussaleh

ABSTRAK
Tujuan utama penelitian ini adalah mengkaji pengaruh orientasi serat wovem rami untuk pembuatan
komposit. Penelitian komposit serat wovem rami kontinyu bermatrik polyester dikonsentrasikan pada
sifat-sifat fisis dan mekanisnya. Orientasi arah serat, adalah faktor-faktor yang mempengaruhi properti
mekanik dari laminat. Dengan memvariasikan orientasi arah serat wovem dari rami, diharapkan agar
mendapat hasil properti mekanik komposit yang maksimal, untuk dapat mendukung pemanfaatan
komposit alternatif. Pada orientasi serat arah 90/90/90/90, 0/0/0/0, 0/90/90/0,
90/0/0/90. Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki orientasi serat terhadap aplikasi impak
komposit berpenguat serat rami wovem kontinyu bermatrik polyester. Serat wovem rami direndam di
dalam larutan alkali (5% NaOH) selama 2 jam. Selanjutnya, serat wovem rami tersebut dicuci
menggunakan air bersih dan dikeringkan secara alami. Matrik yang digunakan adalah Unsaturated
Polyester Resin 157 BQTN dengan hardener MEKPO 1% (v/v). Komposit dibuat dengan metode
hand lay-up pada v f

≈ 37,9%, Spesimen impak dibuat mengacu pada standar ASTM D 256-97.
Kekuatan impak komposit pada spesimen adalah energi serap maksimum pada orientasi serat 0/0/0/0,
dengan nilai 0,27 Joule, kekuatan impaknya sebesar 0,00324 J/mm2. Hasil pengujian impak
penampang patah yang terjadi adalah fiber pull out.
Kata kunci: Wovem rami, unsaturated polyester, orientasi arah serat, kekuatan impak

PENDAHULUAN

Serat sebagai elemen penguat sangat menentukan sifat mekanik dari
komposit karena meneruskan beban yang didistribusikan oleh matrik.
Orientasi arah serat, ukuran, dan bentuk serta material serat adalah
faktor-faktor yang mempengaruhi properti mekanik dari laminat. Serat
wovem rami yang dikombinasikan dengan resin polyester sebagai matrik
akan dapat menghasilkan komposit alternatif untuk aplikasi teknik.
Dengan memvariasikan orientasi arah serat dari wovem rami diharapkan
akan didapatkan hasil properti mekanik komposit yang maksimal untuk
dapat mendukung pemanfaatan komposit alternatif [6].
Keunggulan komposit serat rami dibandingkan dengan fiber glass
adalah komposit serat rami lebih ramah lingkungan karena mampu
terbiodegrasi secara alami dan harganya pun lebih murah dibandingkan

fiber glass. Sedangkan fiber glass sukar terbiodegrasi secara alami. Selain
itu fiber glass juga menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi
kesehatan jika fiber glass didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan
alternatif pengganti fiber glass tersebut [5].
Rami merupakan tanaman yang memiliki kandungan serat yang
tinggi, namun saat ini pemanfaatan serat rami di Indonesia hanya
sebatas sebagai bahan dasar pembuatan pakaian dankertas.Tentunya
akan mempunyai nilai lebih jika serat tersebut dapat digunakan untuk
menggantikan serat non alam (fibre glass) yang selama ini masih diimpor
dari luar negeri sebagai penguat material komposit. Mengapa serat alam
Rami, karena Rami mempunyai karakteristik kuat, ringan, tahan panas,
tahan air dan bisa menahan tumbukan. Disamping itu Pohon Rami mudah
ditanam oleh petani, karena cocok didaerah tropis. Perkembangan
teknologi komposit saat ini sudah mulai mengalami pergeseran dari
bahan komposit berpenguat serat sintetis menjadi bahan komposit
berpenguat serat alam.
Telah dilakukan penelitian awal, menunjukkan bahwa diameter serat
rami (jenis rami Cina super) dari Garut adalah sekitar 0.20-0.42 mm [7].
Massa jenis serat rami adalah 1.5-1.6 gr/cm3 dan kekuatan impak serat
rami berkisar 400-1050MPa. Modulus elastisitas dan regangannya adalah

sekitar 61.5GPa dan 3.6%. Umumnya, serat rami memiliki diameter
sekitar 0.04–0.08 mm [2]. Sedangkan hasil penelitian [3], kekuatan impak
komposit serat rami-polyester lebih rendah dibandingkan dengan
kekuatan minimal hasil analisis teoritis (ROM). Kekuatan impak komposit
hasil eksperimen tertinggi adalah 205.36MPa pada vf = 54.10%. Modulus
elastisitas komposit serat rami-polyester memiliki harga tertinggi
(47.88GPa) pada vf = 54.10%. Penampang patahan diklasifikasikan
sebagai jenis patah banyak (splitting in multiple area) yang disertai oleh
adanya fiber pull out. Kekuatan impak, modulus elastisitas, dan regangan
tarik komposit yang diperkuat serat kenaf acak bermatrik polyester pada
fraksi volume serat (vf) 32.39 adalah 59.03MPa, 8.75GPa, dan 0.728%.
Sifat tarik tersebut masing-masing meningkat 107.8%, 51.91%, dan
37.36% dibandingkan dengan komposit pada vf = 13.18% [3].
Berdasarkan uraian tersebut diatas, pengaruh orientasi serat
terhadap kekuatan impak bahan komposit serat wovem rami bermatrik
polyester merupakan hal yang sangat menarik untuk dikaji lebih lanjut.
Kajian yang dilakukan mengacu pada jenis beban yang diterima, seperti
pengujian tarik.

Penelitian ini diharapkan bisa digunakan sebagai referensi dalam

menentukan orientasi serat dan fraksi volume yang dipakai untuk
memperoleh kekuatan dan keuletan yang diinginkan dari komposit
laminat serat wovem rami, dan diharapkan bisa memberikan kontribusi
terhadap perkembangan material alternatif yang lebih murah, berkualitas
dan mudah dalam proses produksinya.
Bahan komposit merupakan suatu sistem bahan yang digabungkan
dari campuran atau kombinasi dua atau lebih bahan penyusun yang pada
skala makro berbeda dalam bentuk atau komposisi bahan yang masingmasing tidak larut satu sama lain [8].
Pelat berlapis merupakan pelat yang terdiri dari dua atau lebih lapisan
yang digabung bersama membentuk struktur yang integral. Pelat berlapis
dibuat agar elemen struktur tersebut mampu menahan beban
multiaksial, sesuatu yang tidak dapat dicapai dengan lapisan tunggal [5].
Lapisan tunggal hanya kuat dalam arah seratnya, tetapi sangat lemah
dalam arah tegak lurus seratnya. Serat tunggal hanya cocok untuk beban
uniaksial, sedangkan untuk menahan beban multiaksial lapisan tersebut
harus digabung dengan lapisan lain yang berbeda arah dengan lapisan
yang pertama.
Orientasi serat menetukan kekuatan mekanis komposit. Pada orientasi
serat ada tiga macam penguatan [8] yaitu satu dimensi, dua dimensi dan
tiga dimensi. Penguatan satu dimensi memiliki kekuatan yang berbeda

pada tiap arah orientasi serat. Penguatan dua dimensi memiliki kekuatan
yang berbeda pada tiap arah orientasi serat. Pengutan tiga dimensi
adalah isotropic tetapi nilai penguatannya sangat kecil (1/3 dari nilai
penguatan satu dimensi). Sifat mekanis pada serat tergantung pada
jumlah serat terorientasi pada serat tersebut. Orientasi kode serat untuk
komposit mengacu pada standar ASTM D 6507[1].
Ketangguhan suatu bahan adalah kemampuan bahan dalam
menerima beban impak yang diukur dengan besarnya energi yang
diperlukan untuk mematahkan batang uji dengan palu ayun. Sifat ini
perlu diperhatikan karena bahan kekuatan impak yang sama belum tentu
mempunyai kekuatan tumbuk atau ketangguhan yang sama dan bahan
yang kuat belum tentu ketangguhannya tinggi. Pengujian impak komposit
dapat dilakukan dari arah depan dan dari arah samping, sesuai dengan
kondisi beban nyata yang akan diterima oleh panel komposit.
Ketangguhan suatu material adalah kemampuan material tersebut untuk
menyerap energi pada daerah plastis. Rumusan yang digunakan untuk
menghitung besarnya energi yang terserap pada pengujian impak charpy
adalah (8) :
1. Energi patah (energi serap)
..............................................................

......(1)

2. Kekuatan impak
..........................................................................
.......(2)

Model kegagalan, yang terjadi pada komposit yang dikenai beban
impak melintang terdiri dari kegagalan retakan matrik akibat tarikan,
kegagalan geser, tekan matrik, kegagalan delaminasi dan kegagalan
serat akibat tarikan atau tekanan. Kriteria kegagalan lamina memberikan
defenisi inisiasi kerusakan serat dan matrik dengan mengadopsi fungsi
kegagalan. Inisiasi model delaminasi dihitung dengan memberikan skala
fungsi kerusakan matrik pada level tegangan yang lebih tinggi.
Delaminasi terjadi akibat kegagalan lapisan matrik. Kriteria inisiasi
kegagalan diterapkan secara langsung untuk mengkarakterisasi
kemajuan model kegagalan.
METODOLOGI PENELITIAN
Serat wovem rami diperoleh dari Koppotren Agrobisnis Darussalam di
Kabupaten Garut Jawa Barat. Serat direndam dalam larutan alkali (5%
NaOH) dengan waktu perendaman 2 jam. Selanjutnya serat dinetralkan

dari efek NaOH dengan perendaman menggunakan air bersih. Setelah PH
rendaman netral (PH = 7), serat ditiriskan hingga kering tanpa sinar
matahari. Bahan matrik yang digunakan adalah unsaturated polyester
157 BQTN. Hardener yang dipakai adalah MEKPO (metil etil keton
peroksida) dengan kadar 1% (v/v). Komposit dibuat dengan metode hand
lay-up untuk fraksi volume (vf) = 37,9%,Spesimen uji impak dibuat dari
komposit laminat hasil cetakan, yang dipotong dengan menggunakan
gerinda tangan. Efek pemotongan dieliminasi dengan dihaluskan
menggunakan kertas amplas. Spesimen impak dibuat mengacu pada standar ASTM
D 256-97[1]. Semua sepesimen dilakukan post cure pada suhu 62°C
selama 4 jam. Pengujian dilakukan pada temperatur kamar. Mesin uji
yang digunakan adalah Impact Charpy Machine yang dilengkapi dengan
alat pemukul berupa palu dengan bentuk, ukuran dan berat tertentu.
Benda uji impak berbentuk persegi panjang dengan ukuran sesuai
standart ASTM D 256-97, dengan model Charpy edgewise impact dengan
singel-notched. Penampang patahan dilakukan foto makro untuk
menyelidiki perilaku mekanisme perpatahannya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian impak merupakan salah satu jenis uji mekanis untuk menyelidiki jumlah
energi yang mampu diserap oleh bahan sampai terjadi perpatahan akibat beban tumbukan.

Dari hasil pengujian impak yang telah dilakukan, sehingga dari data yang
dihasikan dapat diketahui orientasi serat yang optimal. Dari hasil
perhitungan tegangan impak, didapatkan kurva hubungan besarnya
energi serap dan juga kurva besarnya kekuatan impak dengan orientasi
serat, yang terjadi selama pengujian berlangsung sehingga mencapai
energi impak maksimumnya (benda uji rusak). Pengujian impak disini
dikerjakan menggunakan standar pengujian dari ASTM handbook for
plastics, dengan benda uji dimpak dengan menggunakan mesin uji yang
digunakan adalah Impact Charpy Machine.
Dengan pengujian ini diharapkan dapat dipelajari beberapa hal antara lain:
 Pola kurva energi serap dan kekuatan impak yang dihasilkan.
 Perbandingan kemampuan spesimen dalam besarnya energi serap dan kekuatan
impak antara komposit dengan variasi orientasi serat.

Berdasarkan data hasil pengujian dapat diambil kesimpulan bahwa komposit serat
rami-polyester memberikan hasil energi serap hampir merata pada semua orientasi serat pada
fraksi volume 37,9%, kecuali pada orientasi serat 90/90/90/90 adalah yang paling sedikit
menyerap energi, tetapi energi maksimun adalah orientasi serat 0/0/0/0. Komposit serat
rami-polyester pada orientasi serat 0/0/0/0 mempunyai harga energi serap terbesar, hal ini
menunjukkan bahwa perlakuan tersebut merupakan perlakuan yang paling efektif untuk

meningkatkan ketangguhan komposit untuk menyerap energi tumbukan.
Tabel 1. Hasil energi serap dan kekuatan impak dengan masing-

masing
spesimen untuk semua orientasi
Orientas
i Serat
90/90/90/
90
0/0/0/0
0/90/0/90
90/0/0/90

Fraksi
Volum
e
Serat(
%)
37,9
37,9

37,9
37,9

Energi
(Joule)
Min

Max

0,04
6
0,24
7
0,24
7
0,10
4

0,05
4

0,29
4
0,29
4
0,16
1

Serap,

Kekuatan
(J/mm2)

Impak,

Rera
ta

Min

Rerata

0,048

0,00537

0,270

0,00295

0,266

0,00295

0,132

0,00124

Max
0,0062
6
0,0034
0
0,0034
9
0,0018
3

0,00566
0,00324
0,00318
0,00153

Berdasarkan Tabel 1 dapat diambil kesimpulan bahwa serat wovem
rami-polyester memberikan hasil penguatan yang maksimum adalah
pada orientasi arah serat 0/0/0/0 pada orientasi ini komposit mempunyai
harga kekuatan impak terbesar. Hal ini menunjukkan bahwa orientasi
serat 0/0/0/0, tersebut merupakan perlakuan yang paling efektif untuk
meningkatkan kekuatan komposit berpenguat serat wovem rami
-polyester.
Orie ntasi Se rat Ve rsus Ene rgi Se rap

Energi S erap, (Joule)

0.3
0.25
0.2

37.9

0.15
0.1
0.05
0
90/90/90/90(A)

0/0/0/0 (B)

0/90/0/90 (C)

90/0/0/90 (D)

Orientasi Serat

Gambar 1. Grafik hubungan Orientasi Serat versus energi Serap

Berdasarkan Gambar 1, grafik garis hubungan kekuatan impak
dengan orientasi serat wovem rami -polyester dapat kita simpulkan
bahwa energi serap maksimum bahan komposit serat wovem ramipolyester bervariasi terhadap orientasi
serat, bahwa serat akan
memberikan penguatan maksimum berada pada arah orientasi serat
0/0/0/0. Pada saat itu komposit mempunyai kekuatan impak yang
terbesar. Hampir semua beban ditanggung oleh serat penguat. Dapat
diambil kesimpulan bahwa komposit serat rami-polyester memberikan hasil energi serap
hampir merata pada semua orientasi serat pada fraksi volume 37,9%, kecuali pada orientasi
serat 90/90/90/90 adalah yang paling sedikit menyerap energi, tetapi energi maksimun adalah
orientasi serat 0/0/0/0. Komposit serat rami-polyester pada orientasi serat 0/0/0/0
mempunyai harga energi serap terbesar, hal ini menunjukkan bahwa perlakuan tersebut
merupakan perlakuan yang paling efektif untuk meningkatkan ketangguhan komposit untuk
menyerap energi tumbukan.

Kekuatan Impak, (Joule/mm2)

Orientasi Serat Versus Energi Serap
0.01
0.01
0.01
0
0
0
0
0
0
0
0
90/90/90/90(A)

0/0/0/0 (B)

0/90/0/90 (C)

90/0/0/90 (D)

Orientasi Serat

Gambar 2. Grafik hubungan Orientasi Serat versus Kekuatan Impak
Pada Gambar 2, Grafik garis hubungan Kekuatan impak versus
orientasi serat wovem rami-polyester diatas dapat disimpulkan bahwa
kekuatan impak maksimum bahan komposit serat wovem rami-polyester
bervariasi terhadap orientasi seratnya, dari perbandingan serat dengan
matrik.
Dalam penelitian ini, untuk mengetahui jenis-jenis patahan, Pengamatan
permukaan hasil pengujian impak charpy komposit serat rami-polyester
ditunjukkan pada Gambar 3, makro dan Scanning elekktron Mikroscopy
(SEM) pada Gambar 4.

Gambar 3. Patahan Foto makro pada pengujian impak charpy
Pada Gambar 3, dapat disimpulkan bahwa patahan yang terjadi adalah
fiber pull out, dengan orientasi serat 0/90/0/90, 90/0/0/90 dan 0/90/90/0.
Hal ini diakibatkan karena daerah yang memiliki banyak serat akan
terjadi bonding yang kurang sempurna. Kondisi ini menyebabkan ikatan
interfacial tidak sempurna sehingga pada waktu komposit dikenai beban
impak antara serat dan matrik mudah terlepas, karena itu peristiwa
terlepasnya serat dari matriksnya disebut juga fiber pull out.

Gambar 4. Patahan Komposit foto SEM pada pengujian impak charpy
Pada Gambar 4, menunjukkan gambar patahan yang dilihat dengan
scaning electron machine yang terjadi adalah fiber pull out dengan
besaran 16 kv, dengan orientasi serat 0/0/0/0. Hal ini diakibatkan karena
kegagalan yang luas dipermukaan spesimen. Umumnya komposit yang
memiliki patahan jenis ini memiliki kekuatan impak paling tinggi.
KESIMPULAN
Hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut:

1. Peningkatan kandungan hardener menyebabkan komposit
bersifat lebih keras dan getas sehingga modulusnya meningkat
dan regangannya menurun.
2. Komposit rami kontinyu bermatrik polyester memiliki kestabilan
dimensi terbaik pada orentasi serat 0/0/0/0. Hal ini dapat
disebabkan oleh optimumnya ikatan antara serat rami dengan
polyester.
3. Pada pengujian impak charpy kekuatan impak komposit tertinggi
pada vf = 37,9% dengan energi serap sebesar 0,27 Joule,
merupakan perlakuan yang paling efektif untuk meningkatkan ketangguhan
komposit untuk menyerap energi tumbukan.
4. Penampang patah yang terjadi adalah fiber pull out.
DAFTAR PUSTAKA
ASTM, 2003, Annual Book of ASTM Standard, West Conshohocken.
Diharjo K. dan Nuri S.H., 2006, Studi Sifat Tarik Bahan Komposit
Berpenguat Serat Rami Dengan Matrik Unsaturated Polyester,
Proseding Seminar Nasional, Teknik Mesin FT Univ.Petra-Surabaya.
Diharjo K., Jamasri, Soekrisno, Rochardjo H. S. B., 2005, Tensile
Properties of Unidirectional Continuous Kenaf Fiber Reinforced
Polyester Composite, International Seminar Proceeding, Kentingan
Physics Forum, UNS, Surakarta, Indonesia.
Farid, M, 2004, Analisa Perilaku Elastik Material Komposit FRP Laminat
Berpenguat Serat Natural Orientasi Acak, SNTM, ITS, Surabaya.
Hadi, B.K, 2000, Mekanika Struktur Komposit, Catatan Kuliah, Teknik
Penerbangan ITB.
Hwang, C. Y., 2004, Evaluation of Bulk Interfacial Adhesion Between
Wood and five Thermoplastics. Journar For Science, Vol.19 no.
1.Taiwan.
Marsyahyo M, Soekrisno, Jamasri, Rochardjo H.S.B., 2005, Penelitian
Awal Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan impak dan Model
Perpatahan Serat tunggal Rami, Proseding Seminar Nasional, SNTTMIV, UNUD, Bali, Indonesia.
Shackelford. 1992. Introduction to Materials Science for Engineer,
Third Edition, MacMillan Publishing Company, New York, USA.
Schwartz, Mel M., 1984, Composite Materials Handbook”, McGraw-Hill
Book Company, United Stated of America.