## Sifat mekanik material komposit serat buah pinang ( Areca catchu ) bermatriks polimer resin dan katalis
Arief Rachman A.M. 1 , Muhammad Balfas 1 , Akhiruddin Pasdah 1 , Rustam Efendi 2
1 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Muslim Indonesia Jl. Urip Sumoharjo KM. 5, Makassar, Sulawesi Selatan, Indonesia 2 Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor Jl. Raya Dramaga, Babakan, Kec. Dramaga, Kota Bogor, Jawa Barat 16680 Email korespondensi: ariefrachaman5@gmail.com

## Abstrak
Kajian ini merupakan upaya untuk menemukan material baru sebagai pengganti material logam. Tujuan studi ini adalah untuk mengetahui sifat mekanik (uji tarik, bending, dan impak) komposit serat buah pinang. Komposit serat buah pinang menggunakan resin dan katalis sebagai matriks pengikatnya. Serat pinang yang digunakan pada kajian ini merupakan serat yang diperoleh dari buah pinang yang sudah tua dan tidak manfaatkan. Spesimen kajian dibuat dengan ukuran panjang serat rata-rata 30 cm. Metode pengujian tarik menggunakan ASTM D638- 03, pengujian bending menggunakan ASTM D790-03, pengujian impak menggunakan metode charpy. Dari hasil pengujian yang dilakukan, terdapat perbedaan sifat mekanik material komposit serat buah pinang pada uji tarik, uji bending dan uji impak. Pada uji tarik, nilai tegangan tertinggi adalah 31,951 MPa dengan regangan 0,007102 %. Sementara pada uji bending, nilai kekuatan bending terbesar terjadi pada spesimen 1 dengan nilai kekuatan bending sebesar 100,45 MPa. Selanjutnya pada uji impak, nilai kekuatan impak terbesar terjadi pada spesimen 8 dengan nilai kekuatan impak sebesar 805,10 J/mm 2 .
Kata kunci : serat buah pinang, sifat mekanik, spesimen, tegangan, regangan.

## Abstract
This research is an attempt to find new materials as a substitute for metal materials. The purpose of this study was to determine the mechanical properties (tensile, bending, and impact tests) of betel nut fiber composites. Areca nut fiber composites use resin and catalyst as the binding matrix. Areca nut fiber used in this study is fiber obtained from betel nut that is old and not utilized. Research specimens were made with an average fiber length of 30 cm. The  research  method  is  tensile  testing  using  ASTM  D-638-03,  bending  testing  using  ASTM  D-790-03,  impact testing using the charpy method. From the results of the tests carried out, there are differences in the mechanical properties of the betel nut fiber composite material in the tensile test, bending test and impact test. In the tensile test, the highest stress value is 31.951 MPa with a strain of 0.007102%. While in the bending test, the greatest bending strength value occurred in specimen 1 with a bending strength value of 100.45 MPa. Furthermore, in the impact test, the largest impact strength value occurred in specimen 8 with an impact strength value of 805.10 J/mm 2 .
Keywords: betel nut fiber, mechanical properties, specimen, stress, strain.

## 1. Pendahuluan
Indonesia  merupakan  salah  satu  negara  yang melakukan budidaya pinang sekaligus eksportir buah pinang  di  dunia.  Di  tahun  2013,  luas  areal  tanaman pinang  mencapai  151.750  ha  (perkebunan  milik rakyat).  Penyebaran  perkebunan  pinang  tersebar  di seluruh wilayah Indonesia, di Pulau Sumatera dengan luas  69.999  ha,  Pulau  Nusa  Tenggara/Bali  seluas 19.808  ha,  Pulau  Kalimantan  seluas  1.680  ha, Maluku/Papua seluas 1.623 ha, Sulawesi seluas 1.543 ha  dan  Pulau  Jawa  seluas  1.048  ha.  Dari  total  luas areal  tersebut  menghasilkan  produksi  biji  kering sebesar 77.228 ton [1].
Pada  umumnya,  tanaman  pinang  digunakan  sebagai stimulansia,  dicampur  dengan  sirih,  kapur  dan tembakau.  Penggunaan  buah  pinang  selain  untuk ramuan  sirih  pinang,  biji  pinang  kering  merupakan bahan baku industri dan farmasi. Di bidang industri
digunakan dalam penyamakan  kulit,  pewarna  tekstil [2]. Pada bidang farmasi digunakan sebagai campuran pembuat  obat-obatan,  seperti  obat  disentri,  cacing, obat kumur dan lan-lain [1].
Pengolahan  buah  pinang  di  bidang  lain  pun  harus diupayakan. Dalam hal ini adalah pemanfaatan serat buah pinang menjadi material baru melalui terobosan dan  inovasi  teknologi  yaitu  rekayasa  material komposit.  Komposit  adalah  suatu  rekayasa  material yang terdiri dari dua atau lebih bahan yang memiliki sifat  yang  berbeda  dan  menjadi  material  yang  baru dengan  sifat  yang  lebih  baik  dari  material penyusunnya [3]. Komponen utama penyusun bahan komposit  adalah filler (bahan  pengisi)  atau r einforcement (bahan  penguat)  dan  matriks.  Serat menyediakan sifat kekakuan dan kekuatan, sedangkan matriks mengikat filler sehingga terjadi pemindahan beban  eksternal  terhadap  serat  sebagai  pendukung. Matriks  dapat  melindungi  serat  buah  pinang  dari
pengaruh lingkungan [4]. Material  komposit disebut sebagai  biokomposit  saat  salah  satu  fasenya  baik matriks (polimer) atau filler (serat) berasal dari bahan alami  [5].  Serat  alami  banyak  diaplikasikan  pada komposit untuk komponen struktural atau semistruktural,  seperti  bahan  bangunan,  bahan konstruksi, mebel atau pada komponen otomotif [6].
Kajian  terkait  pemanfaatan  serat  buah  pinang  telah banyak  dilakukan,  salah  satunya  dimanfaatkan sebagai pewarna tekstil [2], filler (bahan pengisi) atau reinforcement (bahan penguat) dengan matriks yang berbeda-beda [4, 7-9].
Pengujian tarik serat buah pinang komposisi 3%, 5%, 10%,  20%  dan  30%  sebagai filler (bahan  pengisi) dengan  matriks  ( polypropylene )  (menggunakan extruding dan hot  press  moulding  technique ) menunjukkan bahwa peningkatan nilai tegangan pada komposisi  3%  sampai  10%  mengalami  peningkatan nilai tegangan secara bertahap. Sementara filler 20% dan  30%  mengalami  penurunan.  Demikian  juga dengan  nilai  kekuatan  bending  dan  nilai  kekuatan impak  mengalami  hal  yang  sama  [7].  Sedangkan kajian dengan penambahan filler ( betel nut dan glass fibre ) menunjukkan bahwa semakin tinggi penambahan filler maka nilai tegangan akan semakin menurun  [8].  Kajian  mengenai  serat  buah  pinang dengan perlakuan bahan kimia. Dari hasil kajian yang tanpa perlakuan bahan kimia, memperlihatkan bahwa nilai  tegangan  terbesar  didapatkan  pada filler 60%. Kekuatan  impak  terbesar  dengan  tanpa  perlakuan maupun  dengan  perlakuan  berbagai  bahan  kimia didapatkan pada filler 50% [9].
Perbandingan  serat  sabut  kelapa  dan  serat  buah pinang  sebagai  bahan filler dalam  proses  pengujian sifat mekanik, perbandingan terbaik adalah 1:1 [10]. Sedangkan  peningkatan  nilai  tegangan  sangat bergantung  dengan  luas  permukaan  spesimen  yang dibuat [4].
Berdasarkan  urain  di  atas,  maka  perlu  dilakukan kajian serat buah pinang sebagai filler (bahan pengisi) atau reinforcement (bahan penguat). Dalam kajian ini dilakukan  kajian  terhadap  sifat  mekanik  serat  buah pinang.  Biokomposit  yang  dihasilkan  memiliki kualitas unggul dan dapat dijadikan sebagai material baru.  Kajian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  sifat mekanik  (uji  tarik,  uji  bending,  dan  uji  impak) komposit serat buah pinang.
Kajian  tentang  serat  buah  pinang  sebagai filler atau reinforcement telah banyak dilakukan. Namun kajian sifat mekanik (uji tarik, uji bending, dan uji impak) serat  buah  pinang  berdasarkan  ukuran panjang  serat buah  pinang  dengan  perbandingan filler 15%  dan matriks  85%  dipandang  penting  untuk  dikaji, sehingga  kajian  ini  dilakukan.  Secara  keilmuaan diperoleh  suatu  material  yang  baru  dan  dapat digunakan  sebagai  bahan  pengganti  material  yang tidak  ramah  lingkungan.  Kajian  ini  juga  akan
memberikan kontribusi kepada dunia manufaktur dan mendukung manufaktur ramah lingkungan.

## 2. Metode
Peralatan yang digunakan dalam kajian ini adalah alat potong  ( cutter dan  gunting),  alat  ukur  (mistar  baja stainless , vernier caliper dan gelas ukur), timbangan digital tipe HZY-B100 (ketelitian sampai 0,0001gram dengan kapasitas 1.000 gram), Mesin gurinda tangan merek  Bosch  tipe  GWS060,  pengujian  tarik  tipe SHIMADZU  (SCG-KNA  CAP.  10kN),  pengujian bending tipe SHIMADZU (SCG-5KNA CAP. 5kN), pengujian  impak  tipe  TIME  JB-W  300  J,  dan cetakan/wadah. Bahan yang digunakan pada kajian ini adalah serat buah pinang dengan panjang serat rata- rata 30 cm (buah pinang yang sudah tua dan tidak lagi dimanfaatkan),  cairan  polimer  (resin),  dan  katalis. Komposit  yang  diuji  pada  kajian  ini  hanya  satu perbandingan yakni 85% matriks dan 15% serat buah pinang.  Pembuatan  biokomposit  serat  buah  pinang, 15%  serat  buah  pinang  yang  telah  dikeringkan dicampurkan  dengan  85%  matriks.  Selanjutnya dimasukkan  ke  dalam  cetakan  dan  tunggu  sampai kering.  Cetakan  yang  telah  kering  dipotong menggunakan gerinda untuk masing-masing spesimen (uji tarik, bending dan impak). Berikutnya dilakukan  pengujian  sifat  mekanis  yakni  uji  tarik, bending dan impak.
Pengujian tarik menggunakan standar ASTM D638- 03. Perhitungan kekuatan tarik dapat dihitung dengan menggunakan  Persamaan  1.  Spesimen  uji  tarik ditunjukkan pada Gambar 1.
σ = (1)
Keterangan:
σ :  Tegangan (N/mm 2 ) F :  Beban (N) A o :  Luas penampang awal (mm 2 )
Gambar 1 . Spesimen uji tarik.
Pengujian  bending  menggunakan  standar  ASTM D790-03.  Perhitungan  kekuatan  bending  dihitung menggunakan Persamaan 2. Gambar 2 menunjukkan spesimen uji bending.
𝑆 = (2)
Keterangan:
S :  Kekuatan bending (kgf/m 2 ) P :  Beban maksimum (kgf) L :  Panjang spesimen (mm) b :  Lebar spesimen (mm)
d :  Tebal spesimen (mm)
Gambar 2. Spesimen uji bending.
Pengujian  impak  menggunakan  metode  Charpy. Perhitungan  kekuatan  impak  dapat  dihitung  dengan menggunakan  Persamaan  3.  Spesimen  uji  impak disajikan pada Gambar 3.
𝑈 = (3)
Keterangan
U :  Kekuatan impak (Joule/mm 2 )
U s :  Usaha yang dilakukan untuk mematahkan spesimen ( Joule )
A
:  Luas penampang spesimen (mm 2 )
Gambar 3. Spesimen uji impak.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Pengujian Tarik Komposit Serat Buah Pinang
Gambar  4  memperlihatkan  bahwa  tegangan  dan regangan  pada  masing-masing  spesimen  memiliki nilai  yang  berbeda-beda.  Beberapa  hal  yang menyebabkan  perbedaan  yang  dihasilkan  seperti pengaruh  suhu  ruangan  pada  saat  pengujian  dan perbedaan ukuran serat per helai pada spesimen serta ukuran spesimen yang tidak seragam.
Tegangan  maksimum  tertinggi  pada  pengujian  tarik ini terjadi pada spesimen 1 dengan nilai 31, 951 MPa dan  tegangan  maksimum  terendah  didapatkan  oleh spesimen  3  dengan  nilai  26,895.  Regangan maksimum  tertinggi  didapatkan  oleh  spesimen  2 (0,008044%)  dan  regangan  maksimum  terendah didapatkan  oleh  spesimen  3  (0,005580%).  Bila dibandingkan dengan kajian dengan standar spesimen yang sama yakni ASTM D638-03, nilai tegangan tarik pada kajian ini jauh lebih tinggi [11].
Gambar 4. Tegangan-regangan serat buah pinang.

## Pengujian Bending Komposit Serat Buah Pinang
Gambar 5 menunjukkan bahwa antara campuran resin dengan  serat  buah  pinang  menghasilkan  kekuatan bending  yang  berbeda-beda.  Kekuatan  bending tertinggi  terjadi  pada  spesimen  1  dengan  nilai kekuatan bending sebesar 100,45 MPa. Hal ini terjadi karena  nilai  elastisitas  bahan  yang  tinggi  akan menghasilkan  kekuatan  yang  tinggi.  Kajian  yang serupa  pun  dengan  perbandingan filler 10%  dan matriks 90% mendapatkan kekuatan bending sebesar 49  N/mm²  [12].  Pada  kajian  ini  juga  dijumpai spesimen yang hampir sama yakni spesimen 2 dengan nilai kekuatan bending sebesar 48,93 MPa (N/mm²).
Gambar 5 . Grafik hubungan campuran resin dan serat buah pinang terhadap kekuatan bending.

## Pengujian Impak Komposit Serat Buah Pinang
Gambar 6 menunjukkan bahwa antara campuran resin dengan  serat  buah  pinang  menghasilkan  kekuatan impak  yang  berbeda-beda.  Hal  ini  dilihat  pada spesimen kekuatan impak yang terbesar terjadi pada spesimen 8 serat buah pinang sebesar 805,10 J/mm2, sedangkan pada spesimen yang kekuatan impak yang terkecil  terjadi  pada  spesimen  1  serat  buah  pinang sebesar 695,49 J/mm².
100,45
48,93
65,71 38,15 38,25 58,30 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 K ek ua ta n B en di ng ( M Pa ) Spesimen 0 5 10 15 20 25 30 35 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 T eg an ga n (M Pa ) Regangan (%) Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3 Spesimen 4
Spesimen 5
Gambar 6. Diagram hubungan campuran resin dan serat buah pinang terhadap kekuatan impak.
Adapun  hal  yang  mempengaruhi  besar  kecilnya kekuatan pada setiap spesimen serat yaitu, setiap satu helai  serat  buah  pinang  memiliki  diameter  yang berbeda-beda  dan  setiap  spesimen  memiliki  jumlah serat yang di dalamnya berbeda-beda.

## 4. Kesimpulan
Simpulan  dari  kajian  ini  adalah  perbedaan  sifat mekanis  (uji  tarik,  bending,  dan  impak)  disebabkan oleh  susunan  serat  dan  diameter  serta  ukuran spesimen yang tidak seragam. Perlu dilakukan variasi perbandingan  serat  dan  matriks  pada  kajian selanjutnya.

## Daftar Pustaka
[1] Permentan,
Tentang Pedoman Teknis Pembangunan  Kebun  Sumber  Benih  Pinang. 2014: Jakarta.
[2] Kavitha,  S.,  J.  Srinivasan,  and  G.  Prabu,  Low cost  biodegradable  arecahusk  fibre  for  the removal  of  direct  dye  from  effluent.  Latest Trends in Textile and Fashion Designing, 2019:
p. 634-639.
[3] Suryadi,  G.S.,  Kajian    Mikrostruktur,  Sifat Termal, Mekanik, dan Permukaan Biokomposit Berpenguat Tandan Kosong Kelapa Sawit. Tesis.
Bogor : Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor; 2017.
[4] Muralidhar, N., et al., A study on areca nut husk fibre extraction, composite panel preparation and mechanical  characteristics  of  the  composites. Journal  of  The  Institution  of  Engineers,  2019.
100(2): p. 135-145.
[5] Kencanawati,  C.I.P.K.,  et  al.,  A  study  on biocomposite from local balinese areca catechu l.  husk  fibers  as  reinforced  material.  IOP Conference  Series:  Materials  Science  and Engineering, 2017. 201: p. 012002.
[6] Rajesh,  M.  and  J.  Pitchaimani,  Mechanical properties  of  natural  fiber  braided  yarn  woven composite:  comparison  with  conventional  yarn woven composite. Journal of Bionic Engineering, 2017. 14(1): p. 141-150.
[7] Hassan,  M.M.,  et  al.,  Physico-mechanical performance of hybrid betel nut (areca catechu)
short  fiber/seaweed  polypropylene  composite. Journal of Natural Fibers, 2010. 7(3): p. 165-177. [8] Merajul  Haque,  M.  and  M.  Hasan,  Mechanical properties of betel nut and glass fibre reinforced hybrid  polyethylene  composites.  International Journal  of  Automotive  and  Mechanical Engineering, 2016. 13(3): p. 3763-3772.
[9] Dhanalakshmi,  S.,  P.  Ramadevi,  and  B. Basavaraju,  A  study  of  the  effect  of  chemical treatments on areca fiber reinforced polypropylene  composite  properties.  Science and Engineering of Composite Materials, 2017. 24(4).
[10] Rahman,  M.M.,  M.  Mondol,  and  M.  Hasan, Mechanical properties of chemically treated coir and  betel  nut  fiber  reinforced  hybrid polypropylene  composites.  IOP  Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. 438: p. 012025.
[11] Fahmi,  H.,  S.  Hadi,  and  F.M.  Kapur,  Analisis kekuatan komposit resin diperkuat serat pinang. Jurnal Teknik Mesin Institut Teknologi Padang, 2016. 2(6).
[12] Chakrabarty, J., M.M. Hassan, and M.A. Khan, Effect  of  surface  treatment  on  betel  nut  (areca catechu)  fiber  in  polypropylene  composite. Journal of Polymers and the Environment, 2012. 20(2): p. 501-506.
600 650 700 750 800 850 1 2 3 4 5 6 7 8 9 695,49695,45 749,56749,56 722,35722,35 777,11 805,10 739,63 K ek ua ta I m pa k (U ) (J /m m 2 ) Spesimen