## Sifat-sifat Mekanik Komposit Serat TKKS-Poliester
Shirley Savetlana 1 , Andreas Andriyanto 2 1 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Lampung Jl. Sumantri Brojonegoro, 35145, Bandar Lampung, Telp: (0721) 3555519, Fax: (0721) 701609 E-mail: shirley@unila.ac.id
2 NTCSEA– I, PT. Nissan Motor Indonesia, Kawasan Industri Kota Bukit Indah - Blok AIII LOT 1-14 Purwakarta 41181 Jawa Barat

## Abstract
Empty Fruit Bunch (EFB) fiber reinforced polyester composites were prepared using simple technique  namely  hand  lay-up.  Alkali  treatments  were  used  to  enhance  the  hydrophobicity  of  the fiber.  Lignin  and  cellulose  content  of  EFB  were  analysed  through  chemical  composition  analysis. The mechanical properties are analyzed by conducting tensile and flexural tests. Macro observation shows  fiber  bridging  on  the  fracture  section.  The  SEM  micrograph  also  shows  a  better  surface roughness after alkali treatmen. The result shows that bending strength increases with the increases of  fiber  volume  fraction.    Tensile  strength  and  elastic  modulus  of  composite  were  higher  than  the pure polyester and increases with the increasing of fiber volume fraction although polyester shows low compatibility with the EFB fiber. The failure mechanism as a result of bending and tensile tests had shown a dominant fiber pull-out mechanism and less of fiber breaking mechanism. It suggests that the optimal strength of the composite can be further increases by enhancing the compactibility between fiber and matrix.
Keywords: EFB fiber, mechanical properties, polyester, composite, hand lay-up

## PENDAHULUAN
Serat  alam  yang  sudah  digunakan  dalam komposit  seperti  yang  berasal  dari  rumput antara  lain: alfa, tebu  dan  bambu,  dari  daun seperti  pisang, curau dan  palem  kurma,  dari biji seperti kapas, dari batang yaitu: jute, kenaf, nettle ,  nenas,  kayu  dan ramie dan  dari  buah seperti coir , kapuk dan oil palm [1-4].
Kandungan  utama  serat  alam  seperti lignin,  sellulosa,  hemisellulosa  dan waxes . Kandungan  sellulosa  cotton  mencapai  90%, ramie  76%  dan  bambu  43%.  Sifat-sifat mekanik  serat  antara  lain  tergantung  dari kandungan cellulose dan  lignin. Curau dengan kandungan  cellulose  73,6%  dan  lignin  7,5% mempunyai  kekuatan  tarik  500-1150  MPa  dan modulus  elastis  11.8  GPa.  Serat  kapas mempunyai kekuatan tarik yang mencapai 597 MPa, elastic modulus 12,6 GPa dan elongation 8%.
Sejumlah penelitian  mengenai serat  yang memperkuat  polimer  dengan  kekakuan  yang rendah  seperti  unsaturated  polyester  (UPE).
UPE digunakan karena murah, mudah diproses dan  mempunyai  temperatur  cair  yang  rendah. Dry refined softwood  fibres (DRFSW)  dengan 30% fraksi berat digunakan untuk memperkuat polyester  (PEM)  and  Poly-lactid  acid  (PLA) melalui proses injection moulding. PEM matrik menghasilkan komposit dengan hasil yang baik sementara PLA kurang memberikan hasil yang diharapkan.  Hal  ini  diperkirakan  berasal  dari kekakuan  matrik  PLA  yang  lebih  tinggi  dari PEM.  Berdasarkan  hal  ini  disarankan  untuk menggunakan  polimer  dengan  kekakuan  yang lebih  rendah  sebagai  matrik  [5-6].  Hasil  yang berbeda didapatkan untuk komposit serat palm. Dua  jenis  matrik  yaitu  polyester  dan  epoxy digunakan sebagai matrik dalam penelitian ini. Dari  penelitian  ini,  hanya  serat  palm  dengan matrik  epoxy  yang  menghasilkan  sifat-sifat mekanik yang baik [1].
Beberapa  penelitian  mengenai  serat kelapa antara lain penelitian pada coconut coir fiber/PP  composite  dan  EFB  pulp/Poliester. Tanpa compatibilizer, modulus elastik meningkat  sementara  kekuatan  impak  hanya
naik  pada  fraksi  berat  serat  yang  tinggi. Kekuatan  tarik  turun  dengan  kenaikan  fraksi berat serat. Penambahan compatibilizer meningkatkan  modulus  tetapi    menurunkan kekuatan  impak  [7].  Sifat-sifat  mekanik komposit  dibawah  beban  bending  dan  tarik juga  menunjukan  trend  yang  sama  [8].  EFB Fiber  cellulose  microfibril/rubber  komposit menunjukan  kenaikan  kekerasan,  ketahanan terhadapat  abrasi  dan  modulus  elastik  tetapi kekuatan  tarik  dan  tear  strength  turun  seiring dengan penambahan serat EFB [9].
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Myrtha, dkk  menyebutkan  bahwa  kekuatan  bending komposit layer 18% TKKS untuk serat panjang adalah  36,8  MPa  dan  33,9  MPa  untuk komposit  serat  pendek  TKKS  [10].  Penelitian yang dilakukan Jamasri, dkk terhadap komposit  dengan  penguat  serat  buah  sawit menyebutkan  bahwa  kekuatan  tarik  komposit adalah  11-18,51  MPa  untuk  fraksi  berat  serat 18-36% [11].
Pada  penelitian  ini  komposit  akan  dibuat dengan  teknik  hand  lay-up  dengan  orientasi serat secara acak. Sifat-sifat mekanik komposit EFB/Poliester  akan  diuji  dengan  melalui pengujian  tarik  dan  bending.  Uji  komposisi kimia akan dilakukan pada kandungan sellulosa dan lignin serat. Mekanisme kegagalan pada komposit akan diamati melalui fhoto SEM.

## METODE

## Material
Matrik yang
digunakan adalah unsaturated  polyester  resin,  Yukalac  157 BQTN-EX. Massa jenis polyester adalah 1,215 at  25 ⁰ C  dan  viscosity  number  adalah  4.5-5.0 poise.  Kekuatan  tarik  15,64  MPa,  Modulus elatisitas  0.36  GPa  dan  elongation  4,18%. Katalis  dari  resin  adalah  Metil  etil  keton peroksida (MEXPO).
Serat  TKKS  diambil  dari  tandan  kelapa sawit  yang  merupakan  sampah  dari  industri pengolahan  minyak  sawit.  Serat  ini  diekstrak dengan  cara  penyisiran  serat  dari  TKKS.  Uji komposisi  kimia  dilakukan  dengan  metode Chesson.  Hasilnya  menunjukan  serat  TKKS mengandung  30,29  %  sellulosa  dan  38,30  % lignin.  Kekuatan  tarik  serat  TKKS  tergantung
diameter  yaitu  antara  92.5-246.2  MPa  dengan modulus  elastik  sebesar  11.9  GPa  [12].  Serat TKKS  dengan  diameter  rata-rata  0.2  mm direndam  dalam  larutan  5%  NaOH  selama  2 jam,  dicuci  dengan  air  dan  kemudian dikeringkan  selama  72  jam  pada  temperatur ruangan.

## Pembuatan Komposit
Variasi  fraksi volume serat TKKS dalam komposit  adalah  5%,  10%  dan  15%.  Resin dicampurkan  dengan  1%  katalis  dengan  cara diaduk manual. Sementara serat disusun secara acak  dalam  cetakan.  Selanjutnya  resin  yang telah diberi katalis tersebut kemudian dituangkan  dalam  cetakan  gelas  diberikan tekanan  berupa  pemberat.  Setelah  spesimen dikeluarkan  dari  cetakan,  kemudian  dilakukan proses post-curing terhadap  spesimen  uji didalam  furnace.  Temperatur  yang  digunakan pada  proses post-curing adalah  62 0 C  dengan waktu penahanan selama 4 jam.

## Pengujian Tarik dan Bending
Pengujian  tarik  dan  bending  dilakukan untuk  mengevaluasi  sifat-sifat  mekanik  dari komposit. Pengujian dilakukan dalam temperatur  ruangan.  Uji  tarik  dilakukan  sesuai dengan  standard  ASTM  D3039.  Pengujian bending  dilakukan  dengan  mengacu  kepada ASTM D790-92. Scanning micrograph dilakukan  dengan  menggunakan  SEM  Philips XL-20.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perlakuan  alkali  pada  serat  alam  atau mercerization  adalah  metode  yang  biasa dilakukan  untuk  mendapatkan  serat  dengan kualitas  yang baik. Mercerization  mengecilkan diameter  serat  sehingga  meningkatkan  aspect ratio, membuat permukaan serat menjadi kasar dan  meningkatkan  bagian-bagian  yang  reaktif pada  serat  sehingga  dapat  meningkatkan pembasahan  pada  serat  oleh  matrik  [13-15]. Pada gambar 1 dapat dilihat perbedaan kondisi permukaan serat. Mercerization juga mempunyai  efek  pada  komposisi  kimia  serat dimana substansi semen serat seperti lignin dan hemisellulosa hilang dalam perlakuan ini [16].
(a)
(b)
Gambar 1. Foto SEM serat TKKS (a) Sebelum Perlakuan 5% NaOH (b) Sesudah Perlakuan 5% NaOH
Gambar  1  menunjukan  foto  SEM  serat sebelum  dan  setelah  mengalami  perlakuan  5% NaOH.  Setelah  perlakuan  alkali,  serat  menjadi lebih  bersih  dan  kasar  serta  permukaan  serat terlihat  lebih  berpori.  Dengan  adanya  pori  ini, daya  ikat  diharapkan  tinggi  karena  matrik mengisi  pori  tersebut.  Dengan  semakin meningkatnya  daya  ikat,  diharapkan  dapat meningkatkan  sifat-sifat  mekanik  komposit serat TKKS.  Uji komposisi kimia  menunjukan kandungan sellulosa yang cukup yang memungkinkan serat digunakan sebagai pengisi komposit.
Melalui pengamatan makro pada spesimen  setelah  diuji  bending,  baik  untuk volume  serat  5%,  10%,  dan  15%,  spesimen tidak  putus  getas  saat  dibending  seperti ditunjukan  pada  Gambar  2a-c.  Hal  ini dikarenakan  kemampuan serat  dalam  menahan
beban  yang  ditransmisikan  oleh  matrik. Semakin  tinggi  fraksi  volume  serat,  semakin tinggi  beban  yang  dapat  ditahan  oleh  serat sehingga retakan pada specimen berkurang.
Fiber bridging menahan spesimen sehingga  spesimen  tidak  putus.  Seperti  pada komposit  15%  serat  pada  Gambar  2c,  terlihat banyaknya fiber bridging .
Jika  diasumsikan  compactibility  yang baik terpenuhi, semakin tinggi kandungan serat dalam  komposit,  maka  kemampuan  komposit tersebut untuk menahan beban semakin baik.

## Kekuatan Bending dan Tarik
Gambar  3  menunjukan  grafik  kekuatan bending  versus  fraksi  volume fiber.  Kekuatan bending  komposit  meningkat  seiring  dengan bertambahnya volume serat.
Komposit dengan volume fraksi serat 5% mempunyai  kekuatan  bending  yaitu  44,48 MPa,  komposit  berpenguat  serat  10%  yaitu
Patahan
Gambar 2. Patahan Spesimen Uji Bending Komposit: (a) Serat  TKKS 5%, (b) Serat
TKKS 10% dan (c) Serat TKKS 15% (a) (b) (c) Patahan Patahan pori
56,01  MPa  dan  komposit  15%  memiliki kekuatan  bending  tertinggi  yaitu  63,63  MPa. Hal  ini  menunjukkan  bahwa  serat  TKKS sebagai  penguat  dalam  matrik,  telah  memberi kontribusi besar dalam meningkatkan kekuatan bending  dari  komposit.  Ketika  beban  bending diberikan  serat  bekerja  menahan  beban  yang diberikan  yang  antara  lain  melalui  mekanisme fiber bridging .
Modulus elastisitas komposit serat TKKS juga  meningkat  seiring  dengan  bertambahnya volume  serat  TKKS.  Gambar  4  menunjukkan bahwa  nilai  modulus  elastisitas  tertinggi dicapai  oleh  komposit  serat  15%  yaitu  3,37 GPa,  dan  terendah  yaitu  komposit  serat  5% yaitu  2,67  GPa.  Jika  dibandingkan  dengan modulus  elastik  poliester  yang  digunakan dalam penelitian ini sangat rendah yaitu hanya 0.36  GPa,  adanya  serat  TKKS  yang  tersebar dimatrik poliester dengan kekakuan yang lebih tinggi  berhasil  meningkatkan  modulus  elastik komposit.
Gambar  5  menunjukkan  kekuatan  tarik komposit  serat  TKKS  untuk  3  variasi  volume serat  yang  berbeda.  Kekuatan  tarik  polyester murni  diketahui  sebesar  15.64  GPa.  Kekuatan tarik tertinggi didapat dari komposit 15% serat yaitu  sebesar  24,72  Mpa,  sedangkan  kekuatan tarik  terendah  dihasilkan  oleh  komposit  5% serat  yaitu  sebesar  19,54  MPa.  Kekuatan  tarik komposit meningkat seiring
dengan bertambahnya  volume  serat.  Peningkatan  nilai kekuatan  tarik  belum  signifikan  karena  belum optimalnya pengikatan serat oleh matrik.

## Pengamatan  Mekanisme  Kegagalan  dengan SEM
Untuk  mengetahui  mekanisme kegagalan komposit  akibat  uji  bending,  maka  dilakukan pengamatan penampang patahan dengan SEM.
Pada  Gambar  6,  pengamatan  patahan akibat beban bending memperlihatkan bayaknya  serat  yang  tertarik  keluar  ( Pull-out ). Hal  ini  diakibatkan  rendahnya  daya  ikat ( bonding )  antara  serat  dan  matrik.  Poliester adalah  matrik  yang  tidak  menyerap  air  atau bersifat hydrophobic sehingga memiliki compactibility  yang  rendah  dengan  serat TKKS  yang  bersifat hydrophilic .  Hal  ini mengakibatkan  tidak  maksimumnya  beban yang  dapat  ditransfer  oleh  matrik  ke  serat sehingga  kekuatan  bonding  yang  didapatkan belum maksimum.
Dari  gambar  7  dapat  dilihat  bahwa patahan  serat  dengan    mekanisme    patahnya serat (fiber  cracking ).  Hal  ini  disebabkan
Gambar 3 Kekuatan Bending Komposit Serat TKKS-Poliester
Gambar 4 Modulus Elastik Komposit Serat TKKS
Gambar 5. Kekuatan Tarik komposit Serat
TKKS
kekuatan bonding yang baik  antara  matrik dan serat.  Dalam  hal  ini  matrik  dapat  mentrasfer beban ke serat dengan baik sehingga komposit akan  mengalami  kegagalan  ketika  beban  yang diberikan lebih besar dari tegangan kritis serat. Hanya  sedikit  mekanisme  fiber  fracture  yang terjadi  pada  specimen.  Mekanisme  fiber  pull- out lebih dominan.
Pada  dasarnya  kekuatan  tarik  serat sendiri  tergantung  pada  diameter  serat. Semakin  besar diameter semakin banyak void pada serat seperti dapat dilihat pada penampang  serat  yang  ditunjukan  pada
Gambar 7. Void ini menurunkan kekuatan tarik serat dan begitu pula sebaliknya[15].
Gambar  8  memperlihatkan  mekanisme fiber  breaking  dan  pull-out  pada  spesimen setelah dikenai beban tarik.
Pada  Gambar  9  dapat  diamati  adanya ruang  antara  matrik  dan  serat  pada  specimen uji  tarik.  Hal  ini  mengindikasikan  rendahnya compactibility  antara  komponen  penyusun komposit. Hal ini menyebabkan tidak didapatkan komposit dengan sifat-sifat mekanik yang optimal. Komposit dalam penelitian ini menunjukan  kenaikan  sifat-sifat  mekanik komposit  seiring  dengan  kenaikan  fraksi volume  dari  serat.  Nilai  kekuatan  tarik, modulus elastik dan kekuatan bending disarankan  dapat  lebih  dioptimalkan  dengan meningkatkan compactibility antara  serat  dan matrik. Gambar 6. Mekanisme Pull-out pada Specimen Bending
Gambar 7. Mekanisme Fiber Cracking pada Specimen Bending
Gambar 8. Foto SEM Penampang Patahan Komposit pada komposit 15% serat TKKS

## KESIMPULAN
Komposit  serat  TKKS/Poliester  dibuat dengan  teknik  hand  lay-up  menghasilkan komposit  dengan  sifat-sifat  mekanik  yang baik.  Modulus  Elastik,  Kekuatan  bending  dan tarik    meningkat  seiring  dengan  naiknya volume  fraksi  serat.  Nilai  kekuatan  tarik  dan modulus  elastik  lebih  tinggi  dari  poliester murni.  Pengamatan  dengan  fhoto  SEM memperlihatkan mekanisme perpatahan seperti pull-out  dan  fiber  breaking.  Pengamatan dengan  fhoto  SEM  memperlihatan  masih rendahnya  daya  ikat  antara  serat  dan  matrik. Sifat-sifat  mekanik  yang  baik  bisa  lebih dioptimalkan dengan meningkatkan compactibility  antara  serat  dan  matrik.  Hasil dari  penelitian  ini  membuktikan  bahwa  serat TKKS  berpotensi  sebagai  penguat  pada komposit polimer.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hamid Kaddami et.al., 2006,
Composites:  Part  A,  Vol.  37,  1413- 1422.
[2] A.C.H,  Barreto,  D.S.  Rosa,  P.B.A. Fechine  et.al.,  S.E.  Mazzetto,  2011, Composites:  Part  A,  Vol.  42,  1413- 1422.
[3] Ricarddo  Jose  Brugnago  et.al.,  Kestur
Gundappa
Satyanarayana, Fernando Wypych,  Luiz  Pereira  Ramos,  2011, Composite: Part A,  Vol. 42, 364-370 [4] M.A  Lopez-wchado,  J.Biagiott,  M. Arroyo and J.M. Kenny, 2003, Polymer Engineering and Science, Vol. 43, No.5 [5] Mohammed  Krouit,  Mohamed  Naceur Belgacem, Julien Bras, 2010, Composites: Part A, Vol. 41, 703–708 [6] Roberto  Botaro  V,  Gandini  A.  1998, Vol. 5, No.2, 65–78
[7] S. H. P. Bettini, A. B. L. C. Bicudo, I. S. Augusto,  L.  A.  Antunes,  P.  L.
Morassi,2R.  Condotta,  B.  C.  Bonse, 2010, J. of Appl Polym Sci, Vol. 118
[8] G.  S.  Tay,  J.  Mohd.  Zaim,  H.  D.
Rozman,  2010,  J.  of  Appl  Polym  Sci, Vol. 116, 1867–1872
[9] Shaji  Joseph,  Sreekumar  P.A,  Jose  M. Kenny,  Debora  Puglia,  Sabu  Thomas and  Kuruvilla  Joseph,  2001,  Polymer
Engineering and Science [10] Myrtha  Karina,  Holia  Onggo,  A.H Dawan Abdullah dan Anung Sampurhadi, 2008, Journal of Biological Sciences, Vol. 8 No. 1, 101-106 [11] Jamasri,  Kuncoro  Diharjo,  Gunesti Wahyu Handiko, 2006, Seminar Teknoin 2006, Yogyakarta 22 Juli 2006 [12] Fergyanto E. Gunawan, Hiroomi
Homma  et.al,  2009,  Journal  of  Solid Mechanics  and  Materials  Engineering,
Vol. 3, No. 7
[13] Susheel  Kalia,1  B.S.  Kaith,2  Inderjeet Kaur3,  2009,  Polymer  Engineering  and Science .
[14] D.  Ray,  B.K.  Sarkar,  A.K.  Rana,  and N.R. Bose, 2001, Bull. Mater. Sci., Vol. 24, 129
[15] K.  Joseph,  L.H.C.  Mattoso,  R.D.
Toledo, S. Thomas, L.H.de Carvalho, L. Pothen, S. Kala, and B. James, 2000, E. Frollini, A.L.Lea˜o, and L.H.C.
Mattoso,  Eds.,  Sa˜n  Carlos,  Braovzil,
Embrapa, USP-IQSC, UNESP, 159e
[16] J.  Gassan  and  A.K.  Bledzki,  1999,  J. Appl. Polym. Sci., Vol. 71, 623
Gambar 9. Rendahnya Compatibiity antara Matrik dan Serat