## BIOKOMPOSIT POLY LACTID ACID (PLA) BERPENGUAT DENGAN COIR (SABUT KELAPA) : EVALUASI KINERJA MEKANIK DAN SIFAT MULTIFUNGSI
Ridwan 1 *, Teuku Rihayat 1 , Awanis Ilmi 1 , Nurhanifa Aidy 2
1 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Lhokseumawe, Jl. Medan - Banda Aceh No.Km. 280, RW.Buketrata, Mesjid Punteut, Blang Mangat, Kota Lhokseumawe, Aceh 24301
2 Jurusan Teknik Energi Terbarukan, Universitas Malikussaleh, engku Nie, Cot Rd, Reuleut Tim., Muara Batu, Kabupaten Aceh Utara, 24354,Aceh
*E-mail penulis : ridwan.kimia@pnl.ac.id

## ABSTRAK
Pada penelitian ini menggunakan konsep bahan mikrokomposit, dimana bahan yang digunakan menggunakan struktur mikro.  Pembuatan  bahan  komposit  melalui  tahap  pencampuran  serat  sabut  kelapa  dan  polylactic  acid  yang  disebut proses sintesis, dengan variasi fraksi massa serat 20%, 30%, 40%, 50% dan bahan polylactic acid murni tanpa penguat 0%. Bahan komposit hasil sintesis diuji kekuatan mekanik bahan untuk mengetahui karakteristik bahan dan pengamatan morfologi.   Pada uji  tarik,  nilai  kekuatan  tarik  tertinggi  dihasilkan  oleh bahan  dengan  fraksi  massa  serat  sabut  kelapa 20% sebesar 56,55 MPa dan nilai kekuatan tarik terendah dihasilkan oleh bahan dengan fraksi massa serat sabut kelapa 50%  sebesar  27,09  MPa.  Selanjutnya  pada  uji  bending,  nilai  kekuatan  bending  tertinggi  dihasilkan  oleh  bahan  tanpa penguat 0% sebesar 105,61 MPa, nilai kekuatan bending tertinggi pada bahan komposit dihasilkan oleh bahan dengan fraksi massa serat 20% sebesar 100,76 MPa dan nilai kekuatan bending terendah dihasilkan oleh bahan dengan fraksi massa  serat  sabut  kelapa  50%  sebesar  68,02  MPa.  Pada  uji  bending,  nilai  kekuatan  bending  menurun  seiring bertambahnya  fraksi  massa  serat.  Pada  pengamatan  morfologi  internal  bahan  menggunakan  Scanning  Electron Microscope  (SEM)  pada  area  patahan  mengindikasikan  adanya  void  dan  fiber  break  pada  bagian  internal  bahan mikrokomposit. Beberapa serat mengalami pull-out saat uji tarik dan bending dilakukan.
Kata kunci: polylactid acid, serat kelapa, uji tarik, uji bending, scanning electron microscape.

## ABSTRACT
In  this  study  using  the  concept  of  microcomposite  material,  where  the  material  used  uses  a  microstructure.  The manufacture  of  composite  materials  through  the  mixing  stage  of  coco  fiber  and  polylactic  acid  which  is  called  the synthesis  process,  with  variations  in  fiber  mass  fraction  of  20%,  30%,  40%,  50%  and  pure  polylactic  acid  material without reinforcement 0%. The synthesized composite materials were tested for their mechanical strength to determine the characteristics of the materials and to observe morphology. In the tensile test, the highest tensile strength value was produced  by  a  material  with  a  mass  fraction  of  20%  coconut  coir  fiber  of  56.55  MPa  and  the  lowest  tensile  strength value was produced by a material with a mass fraction of 50% coco fiber of 27.09 MPa. Furthermore, in the bending test,  the  highest  bending  strength  value  was  produced  by  a  0%  unreinforced  material  of  105.61  MPa,  the  highest bending  strength  value  in  composite  materials  was  produced  by  a  material  with  a  20%  fiber  mass  fraction  of  100.76 MPa and the lowest bending strength value was produced by material with 50% coir fiber mass fraction of 68.02 MPa. In  the  bending  test,  the  value  of  the  bending  strength  decreases  with  increasing  fiber  mass  fraction.  Observing  the internal  morphology  of  the  material  using  a  Scanning  Electron  Microscope  (SEM)  in  the  fault  area  indicates  the presence of voids and fiber breaks in the internal part of the microcomposite material. Some fibers experience pull-out when tensile and bending tests are carried out
Keywords: polylactid acid, coconut fiber, tensile test, bending test, scanning electron microscape.

## PENDAHULUAN
Tanaman  kelapa  banyak  dijumpai  di  seluruh  pelosok Nusantara,  sehingga  hasil  alam  berupa  kelapa  di Indonesia  sangat  melimpah  [1].  Tanaman  kelapa merupakan  tanaman  perkebunan  atau  industri  berupa pohon batang lurus dari family Palmae. Tanaman kelapa (Cocos  nucifera  L)  sering  disebut  sebagai  tanaman serbaguna atau tanaman yang mempunyai nilai ekonomi tinggi. Seluruh bagian tanaman kelapa dapat dimanfaatkan  untuk  kepentingan  manusia,  sehingga tanaman  ini  sering  disebut  tanaman  kehidupan  (tree  of life)  karena  hampir  seluruh  bagian  dari  pohon,  akar, batang,  daun  dan  buahnya  dapat  dipergunakan  untuk kebutuhan  kehidupan  manusia  sehari-hari  [2].  Saat  ini pemanfaatan  limbah  berupa  serat  sabut  kelapa  masih terbatas  pada  industri-industri  mebel  dan  kerajinan rumah  tangga  serta  belum  diolah  menjadi  produk  yang memiliki  nilai  ekonomi  lebih  tinggi.  Salah  satu  cara untuk mengubah serat sabut kelapa menjadi produk yang memiliki  nilai  ekonomi  lebih  tinggi  yaitu  menggunakan serat sabut kelapa sebagai penguat pada bahan komposit.
Komposit  merupakan  kombinasi  dua  bahan  atau  lebih yang  menghasilkan  bahan  baru  lebih  baik  daripada komponen  penyusunnya  [3].  Saat  ini  bahan  komposit dikembangkan oleh para peneliti sebagai bahan alternatif pengganti.  Hal  ini  disebabkan  oleh  adanya  keuntungan penggunaan  bahan  komposit  seperti  konstruksi  menjadi lebih ringan, mudah dibentuk, tahan terhadap korosi dan proses  pembuatan  yang  mudah  serta  tidak  memerlukan investasi yang besar.
Bahan  komposit  dibedakan  menjadi  skala  makro  dan mikro  bergantung  pada  ukuran  penyusunnya  [4].  Pada penelitian ini bahan komposit yang digunakan pada skala mikro,  dimana  penguat  serat  serabut  kelapa  yang digunakan  dibentuk  menjadi  serat  serabut  kelapa berukuran  mikro.  Menurut  penelitian  yang  dilakukan Susanti et al. (2015) struktur mikrokomposit menunjukkan  adanya  ikatan  yang  baik  antara  matriks dan serat.
Bahan  mikrokomposit  pada  penelitian  ini  menggunakan matriks  berupa  polimer  alami.  Polimer  alami  yang digunakan  adalah  resin  polylactic  acid  (PLA),  berasal dari  sumber  daya  alam  terbarukan  seperti  jagung, gandum,  bit  gula,  dan  tapioka  [5].  Kandungan  bahan alami dari resin PLA menyebabkan dampak yang rendah terhadap lingkungan, selain itu resin PLA memiliki sifat mekanik  yang  baik.  Kombinasi  dari  serat  alam  dan polylactic  acid  (PLA)  mampu  menghasilkan  bahan dengan  sifat  mekanik  yang  baik.  Sifat  mekanik  yang akan  diteliti  adalah  kekuatan  tarik  dan  lentur  dengan pengujian  tarik  dan  bending.  Sujito  (2014)  melakukan penelitian  bahan  komposit  yang  tersusun  serat  ampas tebu  dengan  resin  biodegradable  menggunakan  fraksi massa 20%, 40%, dan 60%. Hasil penelitian menyatakan nilai  kekuatan  tarik  tertinggi  ada  pada  bahan  komposit hasil sintesis dengan fraksi massa 40% dan orientasi arah serat  sejajar  yaitu  sebesar  (28,27  ±  1,42)  MPa,  dan kekuatan  tarik  minimum  dimiliki  oleh  bahan  komposit hasil sintesis dengan arah orientasi serat acak dan fraksi massa  serat  60%,  yaitu  sebesar  (0,82  ±  0,06)  MPa. Sedangkan  nilai  modulus  elastisitas  terbesar  dari  dua
jenis bahan komposit yang dihasilkan adalah pada bahan komposit dengan fraksi massa 20% yaitu sebesar (1,81 ± 0,06) MPa dan (0,34 ± 0,01) MPa, masing-masing untuk bahan  komposit  orientasi  searah  dan  orientasi  acak.  Hal tersebut  dapat  dikatakan  bahwa  bahan  komposit  dengan fraksi  massa  20%  memiliki  kemampuan  yang  lebih tinggi untuk mempertahankan bentuknya sebelum terjadi deformasi  permanen  akibat  beban  tarik  yang  diberikan. Berdasarkan penelitian tersebut, maka pada penelitian ini peneliti  bertujuan  untuk  mengkaji  kekuatan  tarik  dan bending  bahan  mikrokomposit  menggunakan  bahan berpenguat  serat  serabut  kelapa  dan  polylactic  acid (PLA). Sehingga melalui penelitian ini diharapkan dapat memberikan  manfaat  untuk  dapat  digunakan  pada pembuatan  panel-panel,  dashboard,  perangkat  interior lainya yang memiliki sifat mekanik yang baik.

## METODE PENELITIAN

## Bahan
Komersial  PLA  2002  dari  Nature  Work  Co.,  Jerman dengan indeks leleh berkisar antara 5-7 g/ 10 menit pada 210 o C  dengan  berat  jenis  1,24.  Serat  sabut  (coir) diperoleh dari perkebunan kelapa yang beroperasi di Cot Girek,  Aceh  Utara,  perekat  Aquadest  dan  Sodium Hydroxide (NaOH) 5%.

## Persiapan coir (Sabut Kelapa)
Pada tahap persiapan alat dan bahan menyediakan segala alat  dan  bahan  yang  dibutuhkan  selama  proses penelitian.  Selanjutnya  menyiapkan  serat  sebelum melakukan  proses  sintesis  bahan  dengan  memberikan perlakuan  khusus  pada  serat  untuk  membersihkan  dan mengubah  ukuran  serat.  Perlakuan  yang  diberikan berupa  proses  alkalisasi.  Menurut  Bifel et  al. (2015), proses  alkalisasi  pada  serat  serabut  kelapa  direndam dengan campuran Aquades dan NaOH 5% selama 2 jam untuk  menghasilkan  serat  serabut  kelapa  yang  memiliki nilai  mekanik  paling  tinggi.  Setelah  proses  perendaman selesai,  serat  serabut  kelapa  diblender  beserta  campuran cairan  alkali  selama  20  menit.  Kemudian  serat  dicuci sampai  cairan  alkali  menghilang  dan  dikeringkan  dalam oven dengan temperatur 100ºC selama 1 jam.

## Sintesa Bahan
Sintesis  bahan  dilakukan  dengan  mencampuran  matriks dan  penguat.  Massa  total  yang  digunakan  100  gram dalam  sekali  cetakan.  Matriks  berupa polylactic  acid terlebih  dahulu  dicairkan,  selanjutnya  dilakukan  proses pencampuran  secara  manual, yaitu  dengan memasukkan serat  kedalam  matriks  melalui  proses  pengadukan. Setelah pengadukan selesai, bahan langsung dipindahkan dalam  cetakan  berukuran  10x10  cm  yang  telah  dilapisi kertas  teflon  dan  di press menggunakan  mesin press manual.  Kemudian,  bahan  dalam  cetakan  didiamkan hingga  suhu  cetakan  menurun,  selanjutnya  bahan dikeluarkan  dari  cetakan.  Spesimen  bahan  yang dihasilkan  memiliki  orientasi  arah  serat  acak.  Proses tersebut  dilakukan  berulang  kali  dengan  variasi  fraksi massa serat dan resin yang diinginkan sebesar 0%:100%, 20%:80%, 40%:60% dan 50%:50%.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Uji Tarik
Berikut  ini  adalah  hasil  uji  tarik  5  sampel  komposit PLA-Coir dengan filler fiber termodifikasi dengan alkali NaOH  dan  1  sampel  komposit  PLA-Coir  dengan  filler tanpa  modifikasi  fiber  pada  fraksi  volume  dan  holding time terbaik seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 3.1 Hasil uji tarik PLA murni dan fraksi volume serat
Berdasarkan grafik tersebut terlihat bahwa penambahan  coir  (sabut  kelapa)  yang  membentuk komposit  dengan  polimer  menunjukkan  peningkatan kekuatan  tarik  yang  lebih  baik  dibandingkan  komposit murni  tanpa  coir  (sabut  kelapa).  Kekuatan  tarik  bahan komposit  serat  sabut  kelapa  dan  poly  lactid  acid  (PLA) tertinggi  diperoleh  pada  bahan  komposit  dengan  fraksi massa  serat  sabut  kelapa  20%  yaitu  sebesar  56,55  Mpa. Sementara  itu,  kekuatan  tarik  terendah  diketahui  pada bahan  komposit  hasil  sintesis  dengan  fraksi  massa  serat sabut kelapa 50%, yaitu sebesar 27,09 Mpa.

## Analisis uji bending
Uji bending atau  uji  lentur  ( flexture  test )  diterapkan untuk  bahan  yang  menerima  beban  lentur,  seperti  pada pegas  logam,  keramik  lantai,  batu,  kayu  plastik,  dan gelagar  beton.  Secara  umum  proses  pengujian bending memiliki dua cara pengujian, yaitu : three point bending dan four point bending [12-13].
Gambar 3.2 Hasil uji bending Pla murni dan fraksi volume serat
Kekuatan  bending  tertinggi  bahan  komposit  hasil penelitian  ini  dimiliki  oleh  bahan  tanpa  penguat  0% sebesar  105,61  Mpa  dan  bahan  komposit  dengan  fraksi massa  serat  kelapa  20%,  yaitu  sebesar  100,76  Mpa. Penambahan fraksi massa serat sabut kelapa mengakibatkan penurunan nilai kekuatan bending bahan komposit hasil sintesis.

## SEM (Scanning Electron Microscope)
Scanning  Electon  Microscope  adalah  suatu  tipe mikroskop  electron  yang  menggambarkan  permukaan sampel  melalui  proses  scan  dengan  menggunakan pancaran  energi  yang  tinggi  dari  electron  dalam  suatu
pola scan raster. Elektron berinteraksi dengan atom-atom yang  akan  membuat  sampel  menghasilkan  sinyal  dan memberikan  informasi  mengenai  permukaan  topografi sampel,  komposisi  dan  sifat-sifat  lainnya  seperti konduktivitas listrik [14].
Berikut  adalah  gambar  hasil  analisa  menggunakan Scanning  Electron  Microscopy  (SEM).  Hasil  pengujian menggunakan  Scanning  Electron  Microscopy  (SEM) pada  jarak  perlakuan  pembesaran  500x  pada  PLA-coir dengan  penambahan  katalis  NaOH  sebanyak  5%  pada saat  proses  polimerisasi  selama  2  jam  menunjukkan bahwa  struktur  permukaan  poli  laktat  asam  (PLA) tersebar luas karena sinar elektromagnetik.
(a)
(b)
Pengamatan morfologi internal menggunakan SEM pada  area  patahan  mengindikasikan  adanya  void  dan fiber  break  pada  bagian  internal  bahan  mikrokomposit. Beberapa  serat  mengalami  pull-out  saat  uji  tarik  dan bending  dilakukan.  perpanjangan  putus  sebagai  lawan dari  PLA.  Secara  umum,  serat  sabut  menunjukkan perpanjangan putus yang jauh lebih besar (15-40%) [15]. jika dibandingkan dengan serat alam lainnya seperti goni dan  sisal  dengan  nilai  elongasi  yang  relatif  kecil  yaitu 1,16-1,5% dan 3-7% [16], masing-masing. Karakteristik serat  yang  berbeda  tersebut  menyiratkan  bahwa peningkatan perpanjangan putus untuk PLA/biokomposit serat sabut dengan 40% berat serat sabut dapat dianggap berasal dari keberadaan bundel serat tidak terbasahi yang berlebihan,  untuk  memfasilitasi  deformasi  longitudinal lebih  lanjut  dari  biokomposit  di  bawah  beban  tarik. Mirip  dengan  hasil  kekuatan  sebelumnya,  perpanjangan putus  yang  tinggi  secara  konsisten  untuk  biokomposit serat  sabut  yang  diolah  PLA/juga  terungkap  dalam kesesuaian  yang  baik  dengan  komposit  sabut  kelapa yang diolah.[30]. Perlakuan serat alkali sering mengarah pada penghilangan lignin dan pektin dari serat sabut, dan dengan  demikian  kandungan  selulosa  dapat  relatif
meningkat,  menghasilkan  peningkatan  fleksibilitas  dan elastisitas serat sabut [17-18].

## KESIMPULAN
Hasil  Penelitian  menunjukan  bahwa    kekuatan  tarik bahan  komposit  serat  sabut  kelapa  dan  poly  lactid  acid (PLA)  tertinggi  diperoleh  pada  bahan  komposit  pada sampel  PaCb  yaitu  sebesar  56,55  Mpa.  Sementara  itu, kekuatan  tarik  terendah  diketahui  pada  bahan  komposit pada  sampel  PaCe  yaitu  sebesar  27,09  Mpa  dan  hasil sampel  tanpa  bahan  penguat  PmCa  memiliki  nilai  kuat tarik  yang  rendah.  Kemudian  pada  uji  bending  tertinggi pada  sampel  tanpa  penguat  atau  PLA  murni  (PmCa) yaitu sebesar 105,61 Mpa dan pada bahan komposit nilai uji  bending  tertinggi  didapat  pada  sampel  PaCb  yaitu sebesar  100,76  Mpa.  Penambahan  fraksi  massa  serat sabut  kelapa  mengakibatkan  penurunan  nilai  kekuatan bending  bahan  komposit  hasil  sintesis.  Pengamatan morfologi internal menggunakan SEM pada area patahan mengindikasikan  adanya  void  dan  fiber  break  pada bagian  internal  bahan  mikrokomposit.  Beberapa  serat mengalami pull out saat uji tarik dan bending dilakukan.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  dan  penghargaan yang setinggi-tingginya kepada penghargaan yang tulus kepada  Kementerian  Riset,  Teknologi,  dan  Pendidikan Tinggi  Republik  Indonesia dan  Politeknik  Negeri Lhokseumawe  yang  telah  mendanai  melalui  hibah nomor: 850/E4.1/AK.04.PT/PNL/2021

## DAFTAR PUSTAKA
A. Abanat, Pu, dan Y. S. Irawan. 2012. Pengaruh Fraksi
Volume  Serat  Pelepah  Gebang  (Corypha  Utan Lamarck)  Terhadap  Sifat  Mekanik  Pada Komposit  Bermatrik  Epoksi. Jurnal  Rekayasa Mesin . 3(2): 352-361.
A. Dianita. 2017. Pengaruh Fraksi Massa Serat Terhadap Sifat  Mekanik  Bahan  Komposit  Berpenguat Serat  Sabut  Kelapa  Dan  Matrik  Polipropilena . Skripsi . Jember: Universitas Jember.
F.R.  Amri,    2011. Studi  Mengenai  Sifat  Mekanis Komposit Polylactic Acid (PLA) diperkuat Serat Rami. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. I.M.  Astika  dan  I.  G.  K.  Dwijana.  2013.  Karakteristik sifat  tarik  dan  mode  patahan  komposit  polimer dengan  penguat  serat  sabut  kelapa. Dinamika Teknik Mesin . 4(2). ISSN: 2088-088.
R.D.N.  Bifel,  Maliwemu,  E.U.K.,  dan  Adoe,  D.G.H. 2015.  Pengaruh  Perlakuan  Alkali  Serat  Sabut Kelapa  terhadap  Kekuatan  Tarik  Komposit Polyester. Jurnal Teknik Mesin Universitas Nusa Cendana . 02(01): 61 – 68.
M  Bagus.  2014.  Pengaruh  Variasi  Fraksi  Berat  dan Panjang Serat Komposit Pelepah Kelapa dengan Matriks  Polypropylene  terhadap  Kekuatan
Tarik  pada  proses Injection  Molding.  Skripsi . Jember: Universitas Jember.
H. Fahmi, dan H. Hermansyah. 2011. Pengaruh Orientasi Serat  Pada  Komposit  Resin  Polyester/  Serat Daun  Nanas  Terhadap  Kekuatan  Tarik. Jurnal Teknik Mesin. 1(1): 46-52.
E.  M.  Ginting  (2016). Sifat  Mekanis  Nano  Komposit Termoplastik  HDPE  Dengan  Beberapa  Bahan Pengisi .  ISBN  978-602-0888-77-4.  Medan:
Unimed Press.
M.  Rifai,  dan  Handoko.  2016. Pengenalan  Teknik Komposit . Yogyakarta: Deepublish.
R.  C.  A.,  R.  Soenoko,  dan  S.Wahyudi.  2011.  Komposit Hibrid Polyester Berpenguat Serbuk Batang dan Serat Sabut Kelapa. Jurnal Rekaya Mesin. 2(2): 145-153.
A.  Makhrus  2015. Modifikasi  Alat  Uji  Bending  Sistem Mekanik  Hodrolik  dan  Hasil  Pengujian  untuk Bahan  Besi  COR .  Semarang:  Program  Studi
Diploma III Teknik Mesin Universitas Diponegoro.
B.,  A.  A  Maryati.  Sonief,  dan  S.  Wahyudi.  2011. Pengaruh  Alkalisasi  Komposit  Serat  Kelapa- Poliester  Terhadap  Kekuatan  Tarik. Jurnal
Rekayasa Mesin 2(2): 123-129.
A.  Naharuddin,  Sam,  dan  C.  Nugraha.  2015.  Kekuatan Tarik  dan  Bending  Sambungan  LAS  pada
Material  Baja  SM  490  dengan  Metode Pengelasan SMAW dan SAW. Jurnal
Mekanikal. 6(1): 550-555.
Z  Nurdiana,  Lubis,  dan  M.  Vonnisa.  2013.  Penentuan Kekuatan  Tarik  Material  Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool Secara Eksperimen. Jurnal  Dinamis. 1(13):  ISSN 0216-7492.
R.  Siakeng,  M.  Jawaid,  H.  Ariffin,  S.M.  Sapuan,  M. Asim,  N.  Saba,  Polym.  Compos.  40  (2018) 446–463.
K.M.  Praveen,  S.  Sabu,  Y.  Grohens,  M.  Mozetic,  I. Junkar,  G.  Primc,  M.  Gorjanc,  Appl.  Surf.  Sci. 368 (2016) 146–156.
M.S.S.  Kumar,  N.M.S.  Raju,  P.S.  Sampath,  M.C.P. Selvan, Polym. Compos. 39 (2016) 1861–1868.
R.  Kumara,  M.K.  Yakabub,  R.D.  Anandjiwal,  Compos. Pt. A-Appl. Sci. Manuf. 2010 (2010) 1–8.
SM  Bhasney,  K.  Mondal,  A.  Kumar,  dan  V.  Katiyar.: Pengaruh  serat  selulosa  mikrokristalin  [MCC] pada  perilaku  morfologis  dan  kristal  dari campuran polietilen densitas tinggi [HDPE]/asam  polilaktat  [PLA].  Kompos.  Sci. Technol (19), 1–23 (2020).
O. Valerio, M. Misra, dan AK Mohanty.: Desain statistik campuran  termoplastik  berkelanjutan  poli (gliserol  suksinat-co-maleat)  (PGSMA),  poli  (
asam laktat) (PLA) dan poli (butilena suksinat) (PBS) . Polim. Tes (65), 420–428 (2018).