ANALISA KOMPOSIT DENGAN PENGUAT SERAT ECENG

GONDOK 50% DAN SERBUK KAYU SENGON 50 %

DENGAN PERLAKUAN ALKALI PADA FRAKSI VOLUME

40%, 50%, DAN 60% BERMETRIK RESIN POLYESTER

UNTUK PANEL AKUSTIK

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh:

EKO SUWARNO

D200120094

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

i

ii

iii

1

ANALISA KOMPOSIT DENGAN PENGUAT SERAT ECENG GONDOK

50% DAN SERBUK KAYU SENGON 50 % DENGAN PERLAKUAN

ALKALI PADA FRAKSI VOLUME 40%, 50%, DAN 60% BERMETRIK

RESIN POLYESTER UNTUK PANEL AKUSTIK

Abstrak

Penelitian mengenai pemanfaatan serbuk gergaji kayu sengon yang di anggap

sebagai limbah belum dilakukan secara optimal. Penelitian ini dilakukan untuk

mendapatkan data tentang kemampuan fisis dan mekanis serbuk gergaji kayu

sengon yang diperkuat dengan serat dari eceng gondok, sehingga dapat

bermanfaat dalam bidang industri. Dalam penelitian ini menggunakan matriks dan

komposit bervariasi dengan fraksi volume 40%, 50%, dan 60%. Standar pengujian

tarik menggunakan standar ASTM D368-02, pengujian bending menggunakan

standar ASTM D 790-02, dan pengujian serap bunyi dengan standar uji ANSI-S1-

13. Hasil foto makro yang terjadi adalah patahan jenis broken fiber. Patahan

broken fiber yaitu patahan pada spesimen dimana serat mengalami patah atau

rusak dan membentuk seperti serabut. Arah dari perambatan retak adalah tegak

lurus dengan arah tegangan tarik yang bekerja dan menghasilkan permukaan yang

relatif rata pada fraksi resin volume 40%, dan membentuk retakan pada fraksi

resin volume 50% maupun 60%.

Kata Kunci : Komposit, Serat, Resin Polyester, Akustik

Abstract

The research on the utilization of sawdust which is considered as waste has not

been done optimally. This research was conducted to obtain data about the

physical and mechanical capability of sawdust sengon wood which is reinforced

with fiber from water hyacinth, so it can be useful in industry. In this research

using matrix and composite varies with volume fraction 40%, 50%, and 60%.

Tensile testing standards use ASTM D368-02 standard, bending test using ASTM

D 790-02 standard, and sound absorbing test with ANSI-S1-13 test standard. The

result of macro photo that happened is broken fiber type broken. A broken fiber

fracture is a fracture on a specimen where the fibers are broken or damaged and

form like fibers. The direction of the crack propagation is perpendicular to the

direction of the working tension and yields a relatively flat surface at a 40%

volume resin fraction, and forms a crack at the 50% resin fraction fraction and

60%.

Keywords: Composite, Fiber, Polyester Resin, Acoustics

2

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kayu sengon atau (Albasia) merupakan jenis tanaman kayu yang dapat

tumbuh baik dan optimal pada tanah regosol, aluvial, latosol yang

bertekstur lempung berpasir atau lempung berdebu dengan kemasaman

tanah sekitar pH 6-7. Pohon kayu sengon sendiri termasuk jenis tanaman

teropis sehingga untuk tumbuhnya memerlukan suhu sekitar 18°-27°. Di

indonesia kayu sengon sering di gunakan sebagai bahan Furnitur dan

kerajinan tangan, sedangkan kulitnya di anggap limbah dan sering di

gunakan kayu bakar (Departemen Kehutanan, 2008).

Eceng gondok memiliki kandungan serat yang cukup besar, eceng

gondok sebagai material komposit sangat potensial mengingat dari segi

keseterdiaan bahan baku serat alam indonesia cukup melimpah. Tanaman

eceng gondok ini dinilai memiliki serat yang ulet, kandungan serat yang

tinggi, murah dan mudah didapat. Komposit serat alam didukung oleh

beberapa keunggulan diantaranya adalah massa jenisnya yang rendah,

terbaruakan, produksi memerlukan energi yang rendah, proses lebih lama,

serta mempunyai insulasi panas, dan akustik yang baik (Direktur

Eksekutif PHK A3 FT UGM 2005-2006).Tanaman eceng gondok ini

mempunyai kelebihan yaitu kekuatan tarik yang tinggi sekitar 19 N/mm²

dan tahan temperatur 50°C.

Penelitian mengenai pemanfaatan serbuk gergaji kayu sengon yang

di anggap sebagai limbah belum dilakukan secara optimal sebagai bahan

penguat komposit supaya serbuk gergaji kayu sengon dapat bermanfaat.

Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan data tentang kemampuan fisis

dan mekanis serbuk gergaji kayu sengon yang diperkuat dengan serat dari

eceng gondok, sehingga dapat bermanfaat dalam bidang industri

manufaktur dan kehidupan rumah tangga.

3

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui kekuatan tarik komposit serat eceng gondok 50%

dan serbuk kayu sengon 50% pada fraksi volume (40 %, 50%, 60%)

dengan standar uji ASTM D628-02.

2. Untuk mengetahui kekuatan bending komposit campuran serat eceng

gondok 50% dan serbuk kayu sengon 50% dengan resin polyester pada

fraksi volume (40%, 50%, 60%) dengan setandar uji ASTM D790-02.

3. Untuk mengetahui serap bunyi komposit campuran serat eceng gondok

dan serbuk kayu sengon dengan resin polyester pada fraksi volume

(40%, 50%, 60%) dengan setandar uji ANSI-S1-13.

4. Untuk mengetahui bagaimana hasil foto makro dari pengujian tarik

dan bending.

1.3 Batasan Masalah

1. Penelitian komposit ini mengacu pada komposit yang berpenguat serat

(Fibrous Composit), yang seratya dari eceng gondok, dengan

campuran serbuk kayu sengon.

2. Resin yang di gunakan adalah polyester 157 BQTN-EX.

3. Besar fraksi volumnya (40%, 50%, 60%).

4. Cara pembuatan komposit dengan menggunakan metode (Hand lay U)

menggunakan kaca sebagai cetakan.

5. Pengujian komposit yaitu pengujian tarik (ASTM D 638-02), bending

(ASTM D 790-03), serap bunyi (ANSI S1 – 13) dan foto makro.

2. METODE

2.1 Pembuatan Komposit

Proses pembuatan komposit serat enceng gondok dengan matrik polyester adalah

sebagai berikut:

1. Penyiapan serat eceng gondok, untuk serat eceng gondok dicuci dahulu,

kemudian dijemur sampai benar-benar kering, disikat dengan kawat kuningan

lembut, dan mendapatkan serat.

4

2. Penyiapan serbuk kayu yang didapatkan dari penggergajian kayu sengon

sebanyak yang dibutuhkan.

3. Kemudian serat eceng gondok bersama-sama dengan serbuk kayu sengon

dimasukkan ke dalam alkali NaOH 5% (direndam) selama 2 jam setelah dua

jam baru dijemur kembali hingga kering.

4. Pembuatan komposit

Untuk pengujian tarik maupun bending menggunakan cetakan yang terbuat

dari besi (mold) dengan ketebalan spesimen 5mm.

5. Memasukkan serbuk kayu sengon yang dilanjutkan penempatan serat eceng

gondok yang telah disusun secara acak ke dalam cetakan.

6. Penuangan campuran resin disesuaikan dengan volume fraksi penguat

kedalam cetakan diratakan dengan tangan biar campuran resin masuk kedalam

serat yang kemudian ditutup dan ditekan dengan alat penekan (dongkrak

tekan).

7. Penutupan dengan rapat yang bertujuan agar void yang kelihatan dapat

diminimalkan jumlahnya yang kemudian dilakukan pengepresan dengan

menggunakan alat pengepres.

8. Proses pengeringan dilakukan sampai benar-benar kering yaitu 5 –10 jam dan

apabila masih belum benar-benar kering maka proses pengeringan dapat

dilakukan lebih lama.

9. Benda uji komposit siap untuk dipotong dengn grindra potong menjadi

spesimen benda uji.

Berikut beberapa gambar dari komposit serat enceng gondok dengan

menggunakan matrik resin polyester.

Gambar 1. Hasil Komposit Setelah Dicetak dan Dibentuk Untuk Uji Tarik

5

Gambar 2. Hasil Komposit Setelah Dicetak dan Dibentuk Untuk Uji Bending

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Pengujian Tarik dan Pembahasan

Tabel 1. Hasil Pengujian Tarik Pada Beban Maksimal

Fraksi Vol Spesimen

Beban Tegangan Luas L Lo Regangan Modulus

Maksimum Tarik Penampang ( ) Elastisitas

(N) (mm) (mm2) (mm) (mm) (mm)

40% 1 666.36 11.691 57 1.910 165.000 0.012 1009.915

2 647.56 11.361 57 1.870 165.000 0.011 1002.415

3 1321.97 23.192 57 1.510 165.000 0.009 2534.275

4 534.01 9.369 57 1.500 165.000 0.009 1030.546

5 544.15 9.546 57 2.150 165.000 0.013 732.638

Rata-rata 742.81 13.032 1.788 0.011 1261.958

50% 1 1034.97 18.157 57 0.975 165.000 0.006 3072.785

2 1004.31 17.619 57 1.000 165.000 0.006 2907.213

3 1103.68 19.363 57 1.380 165.000 0.008 2315.118

4 1232.19 21.617 57 1.480 165.000 0.009 2410.044

5 1049.07 18.405 57 1.290 165.000 0.008 2354.094

Rata-rata 1084.844 19.032 1.225 0.007 2611.851

60% 1 1185.83 20.804 57 1.390 165.000 0.008 2469.544

2 683.81 11.997 57 2.000 165.000 0.012 989.725

3 1116.33 19.585 57 1.250 165.000 0.008 2585.185

4 1129.15 19.810 57 1.750 165.000 0.011 1867.767

5 1330.91 23.349 57 1.470 165.000 0.009 2620.840

Rata-rata 1089.206 19.109 1.572 0.010 2106.612

6

Gambar 3. Grafik Rata-rata Tegangan Tarik Maksimal dengan

Fraksi Volume Resin 40%, 50%, dan 60%

Berdasarkan hasil pengujian tarik pada tabel 1 dan gambar 4 dapat dijelaskan

bahwa rata-rata kekuatan tarik dari masing-masing fraksi volume resin yang

digunakan, mulai dari fraksi volume 40%, 50%, dan 60% mempunyai rata-rata

kekuatan tarik sebesar 13.032Mpa pada 40%, 19.032Mpa pada 50%, dan

19,109Mpa pada 60%. Berdasarkan data kekuatan tarik tersebut terlihat bahwa

ada peningkatan tegangan tarik yang berbanding lurus dengan fraksi volume

resin. Pada grafik tampak bahwa ketika fraksi volume resin meningkat dari

40% menjadi 50% maka tegangan tarik juga ikut meningkat dari 13,032Mpa

menjadi 19,032Mpa dan meningkat lagi pada fraksi volume 60% menjadi

19,109MPa.

3.2 Pengujian Bending dan Pembahasan

Tabel 2. Hasil Pengujian Bending Pada P (Force Max) Terhadap Tegangan,

Regangan, Defleksi dan Modulus Elastisitas Komposit

Fraksi

Vol Spesimen P (N)

L

mm

Tegangan

(N/mm2)

Regangan

(mm)

Span

(mm)

Defleksi

(mm)

Modulus

Elastisitas

(N/mm2)

40 1 6.54 9.5 4.377 0.075 51 10.838 1.144

2 6.07 9.7 4.063 0.076 51 10.982 1.048

3 5.26 9.45 3.52 0.074 51 10.693 0.933

4 8.57 6.85 5.736 0.054 51 7.803 2.083

5 8.68 5.35 5.809 0.042 51 6.069 2.712

50 1 6.21 9.75 4.156 0.077 51 11.127 1.058

2 7.83 20.2 5.241 0.159 51 22.976 0.646

3 6.14 20.5 4.109 0.161 51 23.265 0.5

13.032

19.032 19.109

1.000

6.000

11.000

16.000

21.000

30% 40% 50% 60% 70%

Tega

nga

n T

arik

(m

m)

Fraksi Volume

7

4 6.08 8.4 4.069 0.066 51 9.537 1.209

5 11.27 6.35 7.543 0.05 51 7.225 2.958

60 1 5.73 9.38 3.835 0.074 51 10.693 1.016

2 5.46 9.4 3.654 0.074 51 10.693 0.968

3 14.55 6.7 9.738 0.053 51 7.659 3.602

4 7.4 5.89 4.953 0.046 51 6.647 2.111

5 6.91 9.85 4.625 0.078 51 11.271 1.163

Gambar 4. Grafik Rata-rata Tegangan Maksimal N/mm2 (Mpa) denganFraksi

VolumeResin 40%, 50%, dan 60%

Berdasarkan hasil pengujian bending pada tabel 2 dapat dijelaskan bahwa

rata-rata kekuatan tegangan tarik maksimal dari masing-masing fraksi volume

resin yang digunakan, mulai dari fraksi volume 40%, 50%, dan 60%

mempunyai rata-rata kekuatan tegangan sebesar 4,701Mpa pada 40%,

5.024Mpa pada 50%, dan 5,361Mpa pada 60%. Adapun besarnya regangan

masing-masing rata-rata 0,064mm pada 40%, 0,103mm pada 50%, dan

0,065mm pada 60% fraksi volume resin. Untuk defleksi masing-masing

dengan rata-rata 92,77mm pada 40%, 14,826mm pada 50%, dan 9,393mm

pada 60% fraksi volume resin. Sedangkan besarnya modulus elastisitas rata-

rata sebesar 1,584MPa pada 40%, 1,274MPa pada 50%, dan 1,772MPa pada

60% fraksi volume. Berdasarkan data kekuatan hasil uji bending tersebut

terlihat bahwa komposit pada pada fraksi volume 50% resin memiliki

kekuatan yang paling baik, dan modulus elastisitas yang paling tinggi artinya

bahan tersebut sangat elastis.

4.701

5.0236

5.361

4.2

4.4

4.6

4.8

5

5.2

5.4

5.6

40% 50% 60%

Tega

nga

n B

end

ing

Rat

a-R

ata

(Mp

a)

Fraksi Volume

8

3.3 Pengujian Serap Bunyi dan Pembahasan

Tabel 3. Hasil Pengujian Serap Bunyi Komposit

Komposisi

Ruang tanpa

sumber bunyi &

tanpa bahan uji

(dB)

Ruang dengan

sumber bunyi &

tanpa bahan uji

(dB)

Ruang dengan

sumber bunyi

(white noise) &

bahan uji (dB)

serat eceng gondok

(50%) serbuk kayu

sengon (50%) & resin

(40%)

52.98 65.99 66.87

serat eceng gondok

(50%) serbuk kayu

sengon (50%) & resin

(50%)

52.98 65.99 66.70

serat eceng gondok

(50%) serbuk kayu

sengon (50%) & resin

(60%)

52.99 65.99 66.64

Gambar 5. Grafik Rata-rata Serap Bunyi Komposit Pada

Fraksi Volume Resin 40%, 50%, dan 60%

Hasil pengujian serap bunyi komposit serat enceng gondok, daya serap

tertinggi pada fraksi volume 60% yang menghasilkan sumber bunyi paling

sedikit (66,64 dB). Perbedaan hasil serap bunyi pada masing-masing komposit

dipengaruhi oleh jumlah serat yang menyusunnya, semakin banyak serat yang

digunakan semakin besar pula daya serapan bunyinya. Komposisi material

serat eceng gondok, serbuk sengon dan resin, ternyata lebih bersifat

66.87

66.7

66.64

66.5

66.55

66.6

66.65

66.7

66.75

66.8

66.85

66.9

40% 50% 60%

Sera

pan

Bu

nyi

(d

B)

Fraksi Volume (%)

Vf

db

9

memantulkan bunyi dari pada menyerap bunyi. Dari ketiga macam komposisi

resin pada material komposit, ternyata yang memiliki daya serap bunyi yang

lebih baik diantara ketiganya adalah komposisi resin 60%.

3.4 Pengamatan Foto Makro

Hasil foto makro pengujian bending untuk fraksi volume resin 40%, 50%, dan

60% masing-masing dengan masing-masing dengan sampel sesuai hasil foto

permukaan patahan. Void menunjukkan gelembung udara pada permukaan

benda uji saat mengalami gaya tekan. Pada fraksi volume resin 40% terlihat

retakan yang diakibatkan gaya tekan memiliki void (gelembung udara) lebih

kecil (rapat), sedangkan pada fraksi volume resin 50%, dan 60% void seakan

tidak nampak namun sebenarnya membentuk retakan lebih lebar (void

berukuran besar).

4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan analisa pengujian serta pembahasan data yang

diperoleh, dapat disimpulkan yaitu:

1. Hasil pengujian tarik serat enceng gondok dan serbuk kayu sengon pada

komposisi 50%-50% bermetrik resin polyester untuk panel akustik yaitu:

a. Pada fraksi volume resin 40% memiliki kekuatan tarik sebesar

13,032MPa.

b. Pada fraksi volume resin 50% memiliki kekuatan tarik sebesar

19,032MPa.

c. Pada fraksi volume resin 60% memiliki kekuatan tarik sebesar

19,09MPa.

2. Hasil pengujian bending serat enceng gondok dan serbuk kayu sengon

pada komposisi 50%-50% bermetrik resin polyester untuk panel akustik

yaitu:

a. Pada fraksi volume resin 40% memiliki kekuatan bending sebesar

4,701MPa.

10

b. Pada fraksi volume resin 50% memiliki kekuatan bending sebesar

5,024MPa.

c. Pada fraksi volume resin 60% memiliki kekuatan bending sebesar

5,361MPa.

3. Hasil pengujian serap bunyi serat enceng gondok dan serbuk kayu sengon

pada komposisi 50%-50% bermetrik resin polyester untuk panel akustik

yaitu:

a. Pada fraksi volume resin 40% memiliki kekuatan bunyi paling rendah

sebesar 66,87 dB.

b. Pada fraksi volume resin 50% memiliki kekuatan bunyi paling rendah

sebesar 66,70 dB.

c. Pada fraksi volume resin 60% memiliki kekuatan bunyi paling rendah

sebesar 66,64 dB.

4. Pengamatan foto makro

Patahan terlihat pada foto makro yang terjadi adalah patahan jenis broken

fiber. Patahan broken fiber yaitu patahan pada spesimen dimana serat

mengalami patah atau rusak dan membentuk seperti serabut.

Arah dari perambatan retak adalah tegak lurus dengan arah tegangan tarik

yang bekerja dan menghasilkan permukaan yang relatif rata pada fraksi

resin volume 40%, dan membentuk retakan pada fraksi resin volume 50%

maupun 60%.

4.2 Saran

Dari hasil proses percetakan ada beberapa hal yang perlu diperhatikan,

diantaranya:

1. Pada proses pembuatan serat acak hendaknya serat disusun merata agar

memudahkan pencetakan,dan menghasilkan cetakan komposit yang

tebalnya sama dalam satu bidang.

2. Meminimalkan keberadaan rongga udara (void) pada komposit yang akan

dibuat sehingga akan menaikkan kekuatan komposit dengan menggunakan

alat tekan yang lebih baik.

11

3. Dalam melakukan pembuatan benda uji hendaknya memakai alat

pengaman, karena bahan benda uji merupakan bahan kimia.

4. Pada proses penuangan matrik kedalam serat harus merata dan cepat

agar serat benar-benar terbungkus oleh matrik, sehingga dapat

meminimalkan terjadinya void.

5. Dalam melakukan pengujian hendaknya dilakukan sendiri (tidak dilakukan

di lab dan oleh petugas lab) agar kita mengetahui proses pengujian

tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

ASTM. D 790 – 02 Standard test methods for flexural properties of unreinforced

and reinforced plastics and electrical insulating material. Philadelphia,

PA : American Society for Testing and Materials.

ASTM. D 638-02 Standart test method for tensile properties of plastics.

Philadelphia, PA : American Society for Testing and Materials.

Azizah Nur, H., 2016. Potensi Fitoremediasi Eceng Gondok (Eichornia Crassipes)

Dalam Mereduksi Logam Berat Seng (Zn) Dari Perairan Danau Tempe

Kabupaten Wajo. Skripsi (Publikasi), Fakultas Sains Dan Teknologi, Uin

Alaudin Maksar.

Fatkhurrohman, Aji.M, Supriyadi., 2013, Tingkat Redaman Bunyi Suatu Bahan

(Triplek, Gypsum dan Styrofoam), Jurnal Fisika, Vol 3 No 2:138-143.

Ganijanti, A.S., 2011, Gelombang dan Optika, Salemba Teknika, Jakarta.

Giancoli.

Hasim. 2003. Eceng Gongok Pembersih Polutan Logam Berat. Kompas dalam

kolom Inspirasi. Jakarta.

Lokantara I Putu, Suardana Ngakan Putu Gede, Karohika I Made Gatot., 2011.,

Studi Perlakuan Panjang Serat Dan Fraksi Volume Serat Terhadap Sifat

Akustik Komposit Tapis Kelapa/Polyester Sebagai Alternatif Pengganti

Bungbung Bambu Gamelan Bali., Jurnal The Execellent Research, Univ.

Udaya Bali.T. Hal. 82-88.

Ludi, Hartanto. 2009. Study Perlakuan Alkali Dan Fraksi Volume Serat Terhadap

Kekuatan Bending, Tarik, Dan Impak Komposit Berpenguat Serat Rami

12

Bermatrik Polyester Bqtn 157. Tugas Akhir (Publikasi), Fakultas Teknik

Mesin, Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Nurkholis., 2008, Analisis Sifat Tarik dan Impak Komposit Serat Rami Dengan

Perlakuan Alkali Dalam Waktu 2, 4, 6, dan 8 jam, Fraksi Volume Serat

10% Dengan Matrik Poliester BQTN 157.

Surdia, T. dan Saito, S., 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. PT. Pradnya Paramita,

Jakarta.