## PENGARUH RASIO EPOKSI/AMPAS TEBU DAN PERLAKUAN ALKALI PADA AMPAS TEBU TERHADAP KEKUATAN BENTUR KOMPOSIT PARTIKEL EPOKSI BERPENGISI SERAT AMPAS TEBU
Akhmad Nadji Shabiri*, Rizky Salaam Ritonga, M. Hendra S. Ginting Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,Universitas Sumatera Utara,
Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia *Email : dr.n_najee@yahoo.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  perlakuan  alkali  serat  dan  komposisi  terhadap sifat kekuatan  bentur  komposit epoksi  berpengisi  serat  ampas tebu.  Komposit dibuat  dengan  metode hand lay up (menggunakan cetakan terbuka)  dengan mencampurkan epoksi dan pengisi serat ampas tebu  dengan  variasi  rasio  fraksi  volume,  100/0,  70/30,  60/40,  50/50  (v/v)  dan  konsentrasi  larutan NaOH dalam perlakuan alkali 0%, 1%, 2%, dan 3%. Sifat mekanik yang diuji yaitu kekuatan bentur, dan  di  analisa  menggunakan  analisa  SEM.  Hasil  yang  diperoleh  dari  penelitian  ini  adalah  nilai kekuatan  bentur  maksimum  dari  komposit  berada  pada  perbandingan  komposisi  70:30  dengan konsentrasi NaOH 2% sebesar 8,005 kJ/m 2 .
Kata kunci : ampas tebu, epoksi, kekuatan bentur, perlakuan alkali

## Abstract
This study was aimed to determine the effect of alkali treatment and fiber composition on the impact strength properties of epoxy composites filled with bagasse fiber. Composites are made by hand lay- up method by mixing epoxy and bagasse fiber with variation of volume ratio between matrix and filler are  100/0,  70/30,  60/40,  and  50/50  (v  /  v)  and  the  concentration  of  NaOH  slolution  in  the  alkali treatment  are  0% ,  1%,  2%,  and  3%. Mechanical propertie tested  was  impact strengthand  analized by  SEM  analysis.  The  results  obtained  from  this  study  was  the  maximum  impact  strength  value obtained  of  the  composite  was  on  the  composition  70:30  with  2%  NaOH  concentration  was  8,005 kJ/m 2 .
Keywords: bagasse, epoxy, impact strength, alkali treatment

## Pendahuluan
Dewasa ini, penggunaan bahan polimer di dunia  industri  berkembang  dengan  sangat  pesat. Hal ini dikarenakan bahan polimer memiliki sifat ringan,  murah,  tahan  korosi,  dan  temperatur pemrosesannya yang relatif rendah bila dibandingkan  dengan  bahan  logam  ataupun bahan  keramik.  Pada  umumnya  bahan  polimer ini  dicampurkan  dengan  bahan  lain  untuk memperoleh  sifat  yang  lebih  baik,  yang  dikenal sebagai  bahan  komposit.  Pada  dasarnya  material komposit  merupakan  gabungan  dari  dua  atau lebih  material  yang  berbeda  menjadi  suatu bentuk  unit  mikroskopik,  yang  terbuat  dari bermacam-macam kombinasi sifat atau gabungan antara serat dan matrik. Saat ini bahan komposit yang  diperkuat  dengan  serat  merupakan  bahan teknik  yang  banyak  digunakan  karena  kekuatan dan  kekakuan  spesifik  yang  jauh  di  atas  bahan teknik pada umumnya [4].
Tebu  merupakan  salah  satu  komoditi pertanian  yang  mengandung  unsur  lignoselulosa sehingga berpotensi sebagai bahan baku pembuatan papan partikel.. Ampas tebu merupakan  sumber  alternatif  utama  dalam pembuatan  papan  partikel  [11].  Berdasarkan
inventarisasi  beberapa  sumber  utama bio-based composite keberadaan  bagase  mencapai  75  juta ton berdasarkan berat keringnya [9]. Ampas tebu yang memiliki kandungan kimia yang terdiri dari selulosa  (26-43%),  hemiselulosa  (17-23%), pentosan  (20-33%),  dan  lignin  (13-22%)  [8], berpotensi menjadi bahan baku pengisi pembuatan komposit. Berdasarkan  hasil penelitian Sudhir
Kumar  dan  Chandan  Datta  [5],  sifat  mekanik komposit  epoksi  dengan  ampas  tebu  tanpa perlakuan dengan rasio epoksi/ ampas tebu 70:30 memiliki  hasil  Tensile  Strength  9,87  MPa, Flexural  Strength 26,78  MPa,  dan Impact Strength 6,67 kJ/m 2 .
Pada  komposit  polimer  berpenguat  serat alam,  sifat  antar  muka  matriks  dan  serat  perlu diperhatikan. Hal ini berkaitan dengan kompatibilitas  antara  serat  dengan  matriks  dan sifat hidrofilik serat. Alkalisasi adalah salah satu cara  modifikasi  serat  alam  untuk  meningkatkan kompatibilitas matriks-serat. Dari penelitian Kifli Umar  [10],  diperoleh  pengaruh  perlakuan permukaan serat dengan NaOH dapat meningkatkan kekuatan mekanis dari komposit.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui pengaruh  perlakuan  alkali  serat  dan
komposisi  terhadap  sifat  kekuatan  bentur  komposit epoksi berpengisi serat ampas tebu.

## Teori Komposit
Bahan  komposit  menunjukkan  artian bahwa  dua  atau  lebih  material  digabung  pada skala  makroskopis  untuk  membentuk  material ketiga  yang  berbeda.  Material-material  yang berbeda dapat digabung dalam skala mikroskopis seperti  memadukan  logam.  Bila  suatu  komposit dirancang  dengan  baik  maka  akan  memberikan kualitas  yang  bagus  daripada  komponen  atau konstituen  penyusunnya.  Beberapa  sifat  yang dapat  dikembangkan  dengan  membentuk  bahan komposit  yaitu  :  kekuatan  ( strength ),  kekakuan ( stiffness ), tahanan korosi ( corrosion resistance ), tahanan  aus  ( wear  resistance ),  daya  pikat ( attractiveness ), berat, perioda lelah ( fatigue life ), sifat ketergantungan suhu ( temperature- dependent behavior ), insulasi termal, konduktivitas  termal,  dan  insulasi  akustik ( acoustical insulation ) [4].

## Resin epoksi
Resin  epoksi  mengandung  struktur epoksi  atau oxirene .  Resin  ini  berbentuk  cairan kental  atau hampir  padat,  yang  digunakan  untuk material  ketika hendak  dikeraskan.  Resin  epoksi jika  direaksikan  dengan hardener yang  akan membentuk  polimer crosslink . Hardener untuk sistem curing pada  temperatur  ruang  dengan resin  epoksi  pada  umumnya  adalah  senyawa poliamid  yang  terdiri  dari  dua  atau  lebih  grup amina. Curing  time sistem  epoksi  bergantung pada  kereaktifan  atom  hidrogen  dalam  senyawa amina.  Epoksi  memiliki  ketahanan  korosi  yang lebih  baik  dari  pada polyester pada  keadaan basah, namun tidak tahan terhadap asam. Epoksi memiliki  sifat  mekanik,  listrik,  kestabilan dimensi dan penahan panas yang baik [2].

## Serat Ampas Tebu
Ampas  tebu  merupakan  limbah  berserat dari  batang  tebu  setelah  melalui  proses penghancuran dan ekstraksi. Ampas tebu, seperti halnya  biomassa  yang  lain,  terdiri  dari  tiga penyusun  utama,  yaitu  selulosa,  hemiselulosa, lignin  dan  sisanya  unsur  penyusun  lainnya. Ampas  tebu  sebagian  besar  mengandung ligno- cellulose .  Panjang  seratnya  antara  1,7-2  mm dengan  diameter  sekitar  20  mikro,  sehingga ampas  tebu  ini  dapat  memenuhi  persyaratan untuk diolah menjadi papan-papan buatan. Bagas mengandung air 48-52%, gula rata-rata 3,3% dan serat  rata-rata  47,7%.  Serat  bagas  tidak  dapat larut  dalam  air  dan  sebagian  besar  terdiri  dari selulosa, pentosan dan lignin [1].
Adapun  struktur  pembentuk  serat  ampas tebu terdiri dari Selulosa, Hemiselulosa, Pentosan  dan  Lignin  yang  komposisinya  pada Tabel 2.1. Tabel 1. Struktur Pembentuk Ampas Tebu [6] No.  Komponen % Berat Kering 1 Selulosa 26%-43% 2 Hemiselulosa 17-23% 3 Pentosan 20%-33% 4 Lignin 13%-22%
Dari  komposis  diatas  serat  ampas  tebu berpotensi  menjadi  pengisi  dalam  komposit karena memiliki kadar selulosa yang tinggi.

## Alkalisasi Serat Ampas Tebu
Alkalisasi  pada  serat  merupakan  proses modifikasi permukaan serat dengan cara perendaman  serat  ke  dalam  basa  alkali.  Reaksi berikut menggambarkan proses  yang  terjadi  saat perlakuan alkali pada serat:
Fiber – OH + NaOH         Fiber-O-Na + +H 2 O
Tujuan  dari  proses  alkalisasi  adalah mengurangi  komponen  penyusun  serat  yang kurang  efektif  dalam  menentukan  kekuatan antarmuka yaitu hemiselulosa, lignin atau pektin. Dengan  pengurangan  komponen  lignin  dan hemiselulosa, akan menghasilkan struktur permukaan  serat  yang  lebih  baik  dan  lebih mudah dibasahi oleh resin, sehingga menghasilkan mechanical  interlocking yang lebih baik.[6].

## Metodologi Bahan
Epoksi  diperoleh  dari  cabang  PT.  Justus Kimia  Raya  yang  beralamat  di  Medan  ,  dan ampas  tebu  diperoleh  limbah  dari  pedagang minuman tebu didaerah sekitar kampus Universitas Sumatera Utara.

## Prosedur Penelitian
Serat  dipisahkan  dari  kulit  ampas  tebu  dengan menggunakan  tangan.  Kemudian  serat  dicuci dengan  air  dan  dikeringkan  selama  3  hari  di bawah sinar matahari.

## Alkalisasi Serat Ampas Tebu
Serat  ampas  tebu  direndam  di  dalam  NaOH dengan konsentrasi 0%, 1%, 2&, dan 3% selama 1  jam.  Kemudian  serat  dicuci  berulang  kali dengan  menggunakan  air  hingga  pH  7-7,5 dengan  menggunakan  indicator  pH  universal. Serat  dikeringkan  didalam  oven  dengan  suhu 120 0 C hingga berat serat konstan.

## Pembuatan Partikel Serat Ampas Tebu
Serat  yang  telah  mengalami  proses  alkalisasi  di giling  kedalam ball  mill hingga  serat  halus  dan membentuk  partikel.  Partikel  di  ayak  dengan ayakan dengan ukuran 50 mesh.
Proses  Pembuatan  Komposit  Epoksi  Berpengisi Ampas Tebu Resin  epoksi  dan  epoksi  harderner  disiapkan dengan  rasio  3:2.  Partikel  serat  ampas  tebu dicampurkan  dengan  resin  epoksi  dengan  rasio 100:0,  70:30,  60:40,  dan  50:50  dan  diaduk hingga  merata.  Komposit  dituangkan  ke  dalam cetakan  dan  didiamkan  hingga  mengeras  pada temperatur  ruangan.  Komposit  kemudian  diuji sesuai standar ASTM D 4812-11.

## Hasil dan Pembahasan
1. Pengaruh  Komposisi  dan  Perlakuan Alkali terhadap Kekuatan Bentur Komposit  Epoksi  Berpengisi  Ampas

## Tebu
Pengaruh  komposi  dan  perlakuan  alkali pada  serat  ampas  tebu  terhadap  kekuatan  bentur komposit  epoksi  berpengisi  serat  ampas  tebu diperlihatkan oleh gambar 1 berikut :
Gambar 1. Pengaruh Komposisi dan Perlakuan  Alkali  Terhadap Kekuatan Bentur Komposit  Epoksi  Berpengisi  Serat  Ampas Tebu
Pada  gambar  1.  diatas  dapat  dilihat  bahwa kekuatan bentur maksimum dari komposit berada pada perbandingan komposisi 70:30  dan perlakuan  alkali  2%  sebesar  8,006  kJ/m 2 , kekuatan  bentur  minimum  pada  perbandingan komposisi  60:40  dan  0%  alkali  sebesar  2,335 kJ/m 2 ,serta  kekuatan  bentur  dari  epoksi  murni sebesar  4,587  kJ/m 2 .  Kekuatan  bentur  material komposit berhubungan langsung dengan keseluruhan  kekuatannya,  yang  mana  sangat dipengaruhi  oleh  kekuatan  ikatan  antar  fasa,
matriks, dan sifat serat. Serat memegang peranan penting  dalam  ketahan  bentur  dari  komposit, dimana serat berinteraksi dengan crack formation dalam  matriks  dan  bertindak  sebagai media stress  transferring [7].  Penambahan  rasio pengisi  mengakibatkan  berkurangnya  kekuatan bentur  komposit.  Penurunan  ini  terjadi  karena jumlah pengisi yang semakin besar
mengakibatkan  fasa  matriks  tidak  mampu membasahi  seluruh  bagian  permukaan  serat secara sempurna.
Dalam  penelitian  ini,  kekuatan  bentur juga  meningkat dengan  perlakuan  alkali. Peningkatan  sifat-sifat  mekanis  pada  komposit berpenguat  serat  yang  mengalami  perlakuan alkali  pada  permukaan  serat  menunjukkan  fakta bahwa  terjadi  perbaikan  karakteristik  perekatan ( adhesion ) permukaan serat oleh perbaikan cacat alami  dan  topografi  permukaan  serat  menjadi kasar.  Selain  itu  pengaruh  pelakuan  kimia  dan perebusan  pada  serat  juga  dapat  membersihkan dan  mengubah  topografi  permukaan  serat, meningkatkan kekerasan permukaan serat
sehingga dapat meningkatkan daya ikat interfacial antara  serat  ampas  tebu  dengan matriks/resin epoksi. Perubahan topografi permukaan  serat  yang  kasar  tersebut  akan menghasilkan mechanical interlocking yang lebih baik dengan matrik [10].

## 2. Bentuk Morfologi Permukaan
Morfologi  Permukaan  dari  komposit  epoksi berpengisi  serat  ampas  tebu  diperlihakan  oleh gambar 2 berikut :

## Gambar 2. Bentuk Morfologi Permukaan
Pada  gambar  2.  menunjukkan  morfologi patahan uji  bentur  dengan  perbesaran 500  x  dari komposit  epoksi  berpengisi  serat  ampas  tebu 70:30  dan  2%  alkali.  Pada  komposit  berpengisi serat  ampas  tebu  ini  terjadi  kegagalan  yang didominasi  oleh  lepasnya  ikatan  antara  serat dengan matriks yang disebut fiber pull out
0 2 4 6 8 10 70/30 60/40 50/50 100/0 Kek u at an B e n tu r (k J/m2 ) Rasio antara Epoksi dan Ampas Tebu (v/v) 0% 1% 2% 3%
epoxy
murni

## Kesimpulan
Dari  hasil  analisa  uji  kekuatan  bentur, kekuatan  bentur  komposit  epoksi  –  serat ampas  tebu  mampu  meningkatkan  kekuatan bentur epoksi murni, dengan nilai maksimum berada  pada  perbandingan  komposisi  70:30 dan perlakuan alkali 2% sebesar 8,006 kJ/m 2 , sedangkan  kekuatan  bentur  epoksi  sebesar 4,587 kJ/m 2

## Daftar Pustaka
[1]  Arsyad, F.T. “Pengaruh Proporsi Campuran Serbuk  Kayu  Gergajian  dan  Ampas  Tebu Terhadap  Kualitas  Papan  Partikel  yang Dihasilkan”. Tugas Akhir Sarjana Kehutanan.  Institut  Pertanian  Bogor  :
Bogor, 2009.
[2]  Darmansyah .  “ Evaluasi  Sifat  Fisik  Dan
Sifat Mekanik Material Komposit Serat/Resin Berbahan Dasar Serat Nata De Coco Dengan  Penambahan Nanofiller”.
Tesis Magister Teknik. Universitas Indonesia : Depok, 2010.
[3]   Ifannossa  A  A E,  Hadi  B  K  dan  Kusni  M,
“ Analisa  Kekuatan  Tarik  Komposit  Serat Bambu  Laminat  Helai  dan  Wooven  yang Dibuat  Dengan  Metode  Manufaktur  Hand
Lay-Up ,”  Skripsi  Program  Sarjana  Teknik ITB, Bandung, 2010.
[4]  Jones  R  M, Mechanics  of  Composite Materials .  Second  Edition,  (U.S.A:  Taylor
& Francis, 1999).
[5]  K.S.  Sudhir,  Datta  C.  “ Thermomechanical Properties  of  Jute/Bagasse  Hybrid  Fibre Reinforced  Epoxy  Thermoset  Composites ”.
BioResources 4(4) 2009, 1455-1476.
[6]  Maryanti  B,  Sonief  AA,  dan  Wahyudi  S. 2011.” Pengaruh Alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan
Tarik” . Jurnal  Rekayasa  Mesin  Vol.  2, No.2  Tahun  2011  :  123-129.  Universitas
Brawijaya : Malang.
[7]   Megat, M.H., Abdalla, F.H., Sapuan, M.S., Sahari,  B.B.,  “ Determination  of  Volume Fraction Values Of Filament Wound Glass and Carbon Fiber Reinforced Composites ”.
ARPN Journal of Engineering and Applied
Sciences Vol. 3, No.4. 2008.
[8]   Nurwahyu
Hidayati. “Pengaruh Penambahan  Abu  Ampas  Tebu  Terhadap Sifat  Fisis  dan  Mekanis  Batako”.  Tugas Akhir Sarjana
Teknik. Universitas Sumatera Utara : Medan, 2010.
[9]   Rowell, R.M. “ The State of Art and Future
Development  of  Bio-Based  Composite Science  and  Technology  Towards  the  21 st
Century ” .  Proceedings  of  The  Fourth Pasific Rim Bio-Based Composites
Symposium .  2-5  November  1998  :  Bogor, 1998.
[10] Umar,  K.,dan  Abbas,  S.,  “Pengaruh Perlakuan  Permukaan  Serat Terhadap  Sifat
Mekanik  Komposit  Gnetum  Gnemon-
Epoxy  Resin” , Jurnal  Teknologi, Media Perspektif : Samarinda, 2011.
[11] Walker. J. C. F. “ Primary Wood Processing,
Principles  and  Practice ” . Chapman  & Hall : London, 1993.