## ANALISIS KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT HIBRID SERAT LONTAR DAN SERAT GELAS
Andri J. Baru 1 , Jefri S. Bale 1 , Yeremias M. Pell 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Kupang, 85001, Indonesia
E-mail: andrebaru46@gmail.com; jefri_bale@staf.undana.ac.id

## Abstrak
Serat  buah  lontar  (Borassus  Flabellifer)  dapat  dimanfaatkan  dalam  material  komposit  sebagai pengganti  serat  sintesis  yang  lebih  mahal  harganya.  Bahan  serat  alam  ini  memiliki  keuntungan yaitu murah, mudah diperoleh dan ramah lingkungan. Dalam pemanfaatannya, kekuatan mekanik serat  alam  belum  sebaik  serat  sintesis  sehingga  perlu  dilakukan  kombinasi  serat  alam  dan  serat sintesis dalam berbagai aplikasi material komposit untuk memanfaatkan keunggulan dari masing- masing  jenis  serat  tersebut.  Tujuan  penelitian  ini  untuk  mengetahui  pengaruh  perlakuan  alkali terhadap  sifat  Impak  komposit  polyester  hibrid  berpenguat  serat  buah  lontar  dan  serat  gelas. Pengujian impak terhadap spesimen uji dilakukan sesuai standar ASTMD 256-04. Hasil pengujian impak  menunjukkan  bahwa  komposit  dengan serat  hibrid  (serat  lontar dan serat  gelas)  yang  diberi perlakuan alkali 15% dengan waktu perendaman 6 jam memiliki nilai ketangguhan impak tertinggi. Hal  ini  disebabkan  karena  alkali  treatment  yang  diberikan  dapat  berfungsi  optimal  untuk membersihkan lapisan lignin pada  permukaan serat dan meningkatkan kekasaran permukaan serat sehingga  serat  sebagai  penguat  mampu  mendistribusi  dengan  baik  beban  impak  yang  dialami. Penampang  patahan  yang  terjadi  menunjukkan  jenis  patahan  getas  yang  didominasi  oleh keretakan/patah matriks dan patah serat.
Kata kunci: uji impak; komposit hibrid; serat lontar; serat gelas; patah getas.

## Abstract
The  lontar  fiber  (Borassus  Flabellifer)  can  be  utilized  in  composite  material  to  substitute  the synthetic  fiber.  This  natural  fiber  has  several  advantages,  such  as:  cheap,  easy  to  find  and environmentally friendly. In its application, the mechanical strength of natural fibers is not as good as synthetic fibers, so it is necessary to combine natural and synthetic fibers in various composite material  applications  to  take  advantage  of  each  type  of  fiber.  The  purpose  of  this  study  was  to determine the effect of alkali treatment on the impact properties of polyester composite hybrid fiber reinforced by lontar fiber and glass fiber composites. The results of the impact test showed that the composite with hybrid fibers (lontar fiber and glass fiber) treated with 15% alkali with an immersion time of 6 hours had the highest impact toughness value. This result shows that the alkali treatment can function optimally to clean the lignin layer on fiber surface and increase the surface roughness of  the  fiber  so  that  the  fiber  as  a  reinforcement  is  able  to  properly  distribute  the  impact  load experienced. The damage appearance showed the brittle damage mechanism which is dominated by matrix and fiber fracture.
Keywords: impact test; hybrid composite; lontar fiber; glass fiber; brittle damage.

## PENDAHULUAN
Lontar  ( Borassus  Flabellifer) adalah jenis  pohon  yang  sering  dijumpai  di  kawasan Indonesia  timur  yang  meliputi  Nusa  Tenggara Timur  (NTT).  Buah  lontar  adalah  bagian  dari pohon lontar, mempunyai banyak serat hampir 30% - 40% dari bijinya [1].
Kandungan serat yang dimiliki oleh buah lontar  dapat  dimanfaatkan  dalam  aplikasi
komposit  pengganti  serat  sintesis  yang  lebih mahal harganya. Kelebihan dari serat alam bila dibandingkan  dengan  serat  sintesis  adalah mudah diperoleh, murah, dan ramah lingkungan sehingga dapat menjadi bahan alternatif [2].
Pohon lontar adalah salah satu tumbuhan jenis  palma  yang  mempunyai  manfaat  mulai dari  akar  sampai  buah  yang  biasanya dimanfaatkan sebagai bahan pangan, bangunan,
perabot  rumah  tangga,  barang  kesenian  dan budaya.  Selain  itu  lontar  mempunyai  daya adaptasi  tinggi  terhadap  lingkungan  yang kering. Potensi nyata ini merupakan keuntungan komparatif tumbuhan lontar dibandingkan tumbuhan yang lain [3].
Dari  penelitian  tentang  impak  komposit serat  lontar  dan  serat  gelas  dengan  perlakuan alkali dalam waktu 2, 4, 6, dan 8 jam bermatrik polyester didapatkan  hasil  antara  lain  bahwa perbedaan  harga  impak  rata-rata  komposit disebabkan karena distribusi serat yang kurang merata  sehingga  energi  yang  diserap  menjadi lebih  kecil.  Sedangkan  patahan  yang  terjadi adalah  patahan  getas.  Harga  impak  rata-rata yang  tertinggi  pada  komposit  serat  lontar  dan serat gelas tanpa perlakuan alkali yaitu sebesar 0.0877  J/mm 2 sedangkan  yang  terendah  pada komposit  serat  rami  dengan  perlakuan  alkali selama 6 dan 8 jam sebesar 0.0671 J/mm 2 dan 0.0671 J/mm2. Pada komposit dengan perlakuan  alkali  2  jam  dan  4  jam  diperoleh modulus  elastisitas  rata-rata  tertinggi  yaitu sebesar 2743.15 MPa [2].
Ada beberapa peneliti juga yang meneliti tentang  pengaruh  fraksi  volume  serat  rami terhadap sifat tarik dan sifat impak. Pencetakan komposit menggunakan injection molding pada temperatur  190 o C  dengan  fraksi  volume  serat rami  sebesar  5%,  10%,  dan  15%.  Pengujian densitas dan pengujian fraksi volume dilakukan sesuai  standar  ASTM  D  792  dan  ASTM  D 3171,  sedangkan  kekuatan  tarik  komposit diukur  dengan  menggunakan  standar  ASTM 3039.  Hasi  dari  penelitian  ini  adalah  kekuatan tarik  komposit  tertinggi  diperoleh  pada  fraksi volume  serat  10%,  yaitu  sebesar  18.17  Mpa, dimana hasil ini lebih tinggi 21% dibandingkan dengan kekuatan tarik yang tidak diperkuat oleh serat  lontar  dan  seart  gelas.  Harga  impak komposit  tertinggi  diperoleh  pada  fraksi volume  serat  10%,  yaitu  sebesar  46.39  KJ/m 2 , lebih  tinggi  15.5%  dibandingkan  dengan  yang tidak  diperkuat  oleh  serat  rami  [3].  Penelitian tentang analisis sifat kekuatan impak komposit sandwich plastik  bekas  diperkuat  serat  sisal dengan  core  bonggol  jagung  menunjukkan bahwa  kekuatan  impak  komposit  cenderung mengalami peningkatan seiring dengan penambahan presentase serat. Kekuatan impak tertinggi pada fraksi volume serat 7 sisal (30%) sebesar  0,0460  J/mm 2 dengan  arah  serat  acak dan  terendah  pada  variasi  volume  serat  sisal (5%)  dengan  arah  serat  searah  sebesar  0,019
J/mm 2 .  Rata-rata  pada  arah  serat  searah  lebih besar  dibandingkan  dengan  arah  serat  acak, sedangkan rata-rata kekuatan impak lebih besar pada  arah  serat  acak  dibandingan  dengan  arah serat searah[4].
Selanjutnya  penelitian  tentang  pengaruh waktu  perlakuan  alkali  terhadap  kekuatan mekanik  komposit  rHDPE-serat  pelepah  salak menunjukkan  kekuatan  bending  dan  kekuatan impak mengalami peningkatan pada perlakuan alkali  serat  pelepa  salak  pada  perendaman  1 jam,  2  jam,  dan  3  jam  lalu  mengalami penurunan  pada  4  jam  dan  5  jam.  Kekuatan bending dan kekuatan impak tertinggi dimiliki komposit dengan perlakuan alkali serat pelepah salak 3 jam masing-masing sebesar 33,62 MPa dan 38.295,1 J/m 2 [5].
Rahman  [6]  meneliti  pengaruh  fraksi volume serat terhadap sifat-sifat tarik komposit diperkuat unidirectional serat  tebu  dengan matrik poliester. Hasil pengujian tarik komposit serat tebu unidireksional/poliester menunjukkan  bahwa  dengan  bertambahnya fraksi  volume  mengakibatkan  penurunan kekuatan  tarik  dan  regangan  tarik  namun meningkatkan modulus elastisitasnya.
Boimau  [7]  meneliti  tentang  pengaruh fraksi  volume  serat  terhadap  kekuatan  tarik komposit hibrid berpenguat  serat  lontar  dan serat glass. Hasil  pengujian  komposit  dengan fraksi  volume  serat  ( 𝑉 𝑓 )  30%  memiliki  nilai kekuatan  tarik  yang  lebih  tinggi  dibandingkan komposit dengan fraksi volume serat ( 𝑉 𝑓 ) 20% dan  40%.  Penambahan  serat glass pada komposit serat lontar (hibrid) dapat meminimalisir kelemahan serat lontar sehingga kekuatannya  meningkat  dari  14,23  MPa menjadi 60,8 MPa atau naik 327,27 %.

## METODE PENELITIAN Prosedur Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  metode  eksperimen.  Langkah  awal yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini  adalah persiapan  serat  yang  diambil  dari  buah  lontar yang  telah  kering.  Kulit  bagian  luar  dikupas, dan  berbentuk  serat  itu  dibelah  menjadi  dua serta dibersihkan bagian dalamnya. Selanjutnya serat yang sudah menjadi lembaran dicuci dan dikeringkan  secara  alami  pada  temperatur ruangan.  Kemudian  serat  siap  untuk  direndam dalam larutan alkali (NaOH) dengan konsentrasi 5%, 10%, dan 15% NaOH dan lama
waktu perlakuan 0, 2, 4 dan 6 jam. Selanjutnya serat yang sudah diberi perlakuan alkali dibilas dengan  air  sampai  bersih  dan  dikeringkan  lagi secara  alami  pada  temperatur  ruangan  dan lembaran  serat  tersebut  siap  untuk  proses pencetakan komposit. Namun sebelum dicetak, terlebih  dahulu  dilakukan  pengujian  densitas serat menggunakan prinsip hukum Archimedes dengan cara serat ditimbang di udara, kemudian serat dimasukan ke dalam gelas ukur yang berisi air.

## Spesimen Uji Impak
Pengujian  Impak  mengaju  pada  standar ASTM  D256-04 (Standard  Test  Methods  for Determining  the  Izod  Pendulum  Impact Resistance  of  Plastics ).  Bentuk  dan  dimensi benda uji yang digunakan seperti pada gambar 1 berikut.
Gambar 1. Bentuk Spesimen Uji Impak
Ukuran spesimen: P = 10 cm L = 1.2 cm T = 0.7 cm V = 45 °

## Pembuatan Komposit
Langkah-langkah  pencetakan  komposit sebagai berikut:
1. Penimbangan Matriks Poliester sesuai fraksi volume.
2. Penimbangan serat.
3. Oleskan wax  mirror  glass di  dinding  dan dasar cetakan bagian dalam.
4. Tuang  katalis  ke  dalam  resin,  kemudian aduk sampai merata.
5. Tuang  resin  yang  telah  dicampur  dengan katalis ke dalam cetakan dan ratakan dengan kuas.
6. Letakan serat, kemudian tuang lagi resin ke atas permukaan serat.
7. Kemudian tutup cetakan dan dipress dengan alat press. Biarkan selama 24 jam kemudian cetakan dibuka.
8. Hasil  cetakan  tersebut,  kemudian  dibentuk menjadi spesimen uji impak sesuai standard ASTM D256-04.
9. Pengujian Impak.

## Prosedur Pengujian Impak
Langkah-langkah pengujian Impak dalam penelitian adalah sebagai berikut:
1. Ukur penampang spesimen sebelum diuji.
2. Pasang spesimen uji pada mesin uji Impak.
3. Jalankan mesin uji Impak.
4. Catat  hasil  pengujian  Impak  setiap  putaran jarum penentu yang telah ditentukan.

## Metode Analisis Data
Data hasil pengujian diambil berdasarkan: 1. Spesimen yang mengalami defleksi material,  spesimen  yang  mengalami  slip (spesimen  terlepas  dari  pegangan pada  saat pengujian)  dianggap  gagal  sehingga  tidak dipakai.
2. Analisis  akan  dilakukan  untuk  mengetahui kekuatan  material  akibat  pembebanan  dari spesimen.
3. Berdasarkan  data  yang  diperoleh  dari pengujian  yang  dilakukan  maka  dihitung nilai  ketangguhan  impak  (K  Impak)  pada spesimen.
4. Studi  mikroskopik  akan  dilakukan  untuk setiap  pengujian,  keseluruhan  hasil  akan didiskusikan atau dianalisa untuk memperoleh pemahaman dan korelasi yang baik antara sifat mekanik dan sifat kerusakan serat buah lontar dan serat gelas.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Tahap 1
Pada tahapan awal, terlebih dahulu ambil buah serat lontar yang sudah terlihat kering dan seratnya  masih  berwana  kuning  kemudian bersihkan  kulit  bagian  luarnya  mengunakan cutter/pisau dan ambil seratnya lalu seratnya di cuci menggunakan air bersih kemudian dijemur dan dikeringkan beberapa saat.

## Tahap 2
Selanjutnya  serat  yang  sudah  dicuci dengan air bersih dan dikeringkan selama 1 hari secara alami pada temperatur ruangan.

## Tahap 3
Kemudian  serat  siap  untuk  direndam dalam larutan alkali (NaOH) dengan konsentrasi  5%,  10%,  dan  15%  NaOH  dan lama waktu perlakuan 0 jam, 2 jam, 4 jam, dan 6 jam.

## Tahap 4
Selanjutnya  serat  yang  sudah  diberi perlakuan  alkali  dibilas  dengan  air  sampai bersih  dan  dikeringkan  lagi  secara  alami  pada temperatur  ruangan  dan  serat  tersebut  siap untuk proses pencetakan komposit.

## Tahap 5
Langkah  selanjutnya  menimbang  serat lontar  dan  serat  gelas  pada  timbangan  yang sudah  disediakan  untuk  selanjut  melakukan proses pencetakan spesimen untuk memperoleh  nilai  fraksi  volume  yang  sudah ditentukan.

## Tahap 6
Pada  tahapan  pembuatan  spesimen bahan  sudah  tersedia  selanjutnya  proses pencetakan spesimen dengan metode hand lay- up  untuk  menghasilkan  lembaran  material komposit.

## Tahap 7
Dari tahapan di atas, lembaran komposit di  bentuk/dipotong  sesuai  dengan  ukuran spesimen yang akan digunakan.
Hasil Uji
Pengujian  Impak  mengaju  pada  standar ASTMD256-04. Bentuk dan dimensi benda uji yang digunakan seperti pada gambar 2 berikut ini.
Gambar 2. Spesimen Uji Impak
Dari  pengujian  impak  yang  dilakukan terhadap  spesimen  uji,  diperoleh  data-data untuk  setiap  jenis  komposit  dengan  variasi waktu  perlakuan  perendaman  serat  selama  (2 jam, 4 jam, dan 6 jam) dan variasi konsentrasi larutan  NaOH  (5%,  10%  dan  15%).  Data  uji yang  diperoleh  saat  pengujian  impak  adalah nilai sudut α° dan sudut β° yang dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Data Hasi uji impak Komposit Serat Hibrid (Buah Lontar dan Serat Kaca) dengan Variasi Waktu Perlakuan Perendaman
% NaOH Waktu (jam) β° α° Berat  Pendulum (gram)
5% 2 133  140 500 gram 133  140 132  140 4
133  140 132  140 132  140 6 131  140 131  140 130  140 % NaOH Waktu (jam) β° α° Berat Pendulum (gram)
10% 2 130 140 500 gram 131 140 130 140 4 130 140 127 140 131 140 6 129 140 128 140 127 140 % NaOH Waktu (jam) β° α° Berat Pendulum (gram)
15% 2 128 140 500 gram 126 140 127 140
4 126 140 125 140 126 140 6 125 140 126 140 128 140

## Pembahasan Hasil Fabrikasi
Pada  tahapan  pembuatan  spesimen bahan  yang  sudah  tersedia  selanjutnya  proses pencetakan  spesimen.  Oleskan mirror pada permukaan  cetakan  hingga  merata  dan selanjutnya  tuangkan  resin  dan  katalis  pada permukaan cetakan. Serat lontar dan serat gelas ditempatkan/ditempelkan  pada  permukaan cetakan  hingga  merata  dan  oleskan  lagi  resin dan  katalis  pada  permukaan  spesimen  yang sudah  di  lapisi  dengan  serat  lontar  dan  serat glass  pastikan  semua  bagian  serat  terkena adonan resin dan mampu merekat dengan baik pada  lapisan pertama, jika  tidak maka lapisan
tersebut  memiliki  rongga-rongga  udara (void) dan  akan  menimbulkan  gejala  pengangkatan lapisan.  Jika  semua  serat  sedah  terlapisi mengunakan adonan maka langkah selanjutnya adalah menunggu lapisan kedua sampai kering.
Setelah  lapisan  kedua  kering  maka kemudian  melepas  cetakan  tersebut  sesuai ukuran yang diinginkan.

## Foto Makro Patahan
Spesimen  uji  mengalami  patah/putus akibat  pengujian  impak  yang  dilakukan.  Foto makro  yang  dihasilkan  menunjukkan  bahwa spesimen  uji  mengalami  patah  getas  yang
didominasi oleh patah matriks dan patah serat, seperti tampak pada gambar 3 dibawah ini.
Gambar 3. Penampang patahan Komposit serat
hibrid

## Pembahasan Hasil Uji Impak
Hasil uji impak menunjukkan nilai Ketangguhan  Impak  seperti  yang  ditunjukkan oleh gambar 4 berikut ini.
Gambar 4. Hasil uji impak (K impak)
Hasil  pengujian  impak  menunjukkan  bahwa komposit  dengan  serat  hibrid  (serat  lontar  dan serat  gelas)  yang  diberi  perlakuan  alkali  15% dengan waktu perendaman 6 jam memiliki nilai ketangguhan impak tertinggi. Hal ini disebabkan  karena alkali  treatment yang diberikan  dapat  berfungsi  optimal  pada persentasi  NaOH  dan  waktu  perendaman tertinggi untuk membersihkan permukaan serat dari lapisan lignin dan meningkatkan kekasaran permukaan  serat.  Hal  ini  menyebabkan  serat dan matriks memiliki interfacial bonding yang lebih  baik  dan  seratr  sebagai  penguat  mampu
mendistribusi  dengan  baik  beban  impak  yang dialami.

## SIMPULAN DAN SARAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat  diambil  beberapa  kesimpulan,  antara lain:
1. Sifat impak material komposit hibrid serat lontar  dan  serat  gelas  dipengaruhi  oleh persentasi  alkali  dan  waktu  perendaman pada saat proses alkali treatment.
2. Komposit serat hibrid (serat lontar dan serat gelas)  yang  diberi  perlakuan  alkali  15% selama  6  jam  memiliki  ketangguhan impak rata-rata tertinggi  sebesar 0,0036
Joule. 3. Perbedaan  kondisi  permukaan  serat (terlepasnya lapisan lignin dan
kekasaran permukaan) memberikan pengaruh  terhadap  ketangguhan  impak komposit hibrid.
4. Mekanisme perpatahan impak dari material komposit  hibrid  didominasi  oleh  patah
serat  dan  patah  matriks  yang  merupakan ciri khas patah getas.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Bella Y, Suprapto W, Wahyudi S. 2014. Pengaruh  Fraksi  Volume  Serat  Buah Lontar  Terhadap  Kekuatan  Tarik  Dan Kekuatan  Impak  Komposit  Bermatrik Polyester. J. Rekayasa Tek. Mesin. 5 (2): 157. 2 Handoyo Y. 2013. Perancangan Alat Uji Impak  Metode  Charpy  Kapasitas  100 Joule. Jurnall Ilm. Tek. Mesin. 1 (2): 45. 3 Jalil  SA,  Rahayu  T,  Zulkifli.  2017. Analisa Kekuatan Impak Pada Penyambungan Pengelasan Smaw Material  Assab  705  Dengan  Variasi Arus  Pengelasan.  J.  Polimesin. 15 (2):
58.
4 Catur  AD,  Paryanto  DS,  Sinarep, Prayitno  N.  2014.  Sifat  Mekanik Komposit  Sandwich  Berpenguat  Serat
Bambu- Fiberglass Dengan Core Polyurethane  Rigid  Foam.  J.  Rekaya Mesin. 5 (1): 51.
5 Purwanto  EH.  2015.  Signifikan  Helm
SNI Sebagai Alat Pelindung Pengendara Sepeda Motor Dari Cedera Kepala. J. Stand. 17 (1): 31.
6 Wona H, Boimau K, Maliwemu E.U.K. 2015.  Pengaruh  Variasi  Fraksi  Volume
Patah matriks Patah serat
Serat Terhadap Kekuatan Bending Dan Impak  Komposit  Polyester  Berpenguat Serat  Agave  Cantula  Atau  Lebih Gabungan Konstituen Yang Dan Tidak
Larut  Dalam  Satu  Sama  Lain  .  Salah. LJTMU. 02 (01): 39.
7 Rahman  Mbn,  Riyanta  B,  Diharjo  K.
2011.  Pengaruh  Fraksi  Volume  Serat Dan Lama Perendaman Alkali Terhadap Kekuatan Impak Komposit Serat Aren- Polyester.  J.  Ilm.  Semesta  Tek. 14 (1):
26.