Rikky Rifaldy 1 , Iwan Nugraha 2 , Faradina Choria Suci 3 , Reza Setiawan 4

## ABSTRACT

## ABSTRAK

## PENDAHULUAN
Belum  adanya  pengolahan  limbah  bulu ayam  menjadi  suatu  permasalahan  karena limbah  ini  tidak  mudah  terdegradasi  setelah ditimbun.  Kekurangan  tempat  pembuangan
sampah dan pengolahannya membuat limbah ini dibuang  secara  sembarangan.  Bulu  ayam  yang dibuang  secara  sembarangan  membuat  limbah ini  rentan  terkontaminasi  dengan  biomassa mikroba  yang  membuat  limbah  ini  menjadi limbah yang berbahaya (El Boushy et al., 2000)

## ANALISIS SIFAT MEKANIK PADA SERAT BULU AYAM DENGAN CAMPURAN PP SEBAGAI MATERIAL KOMPOSIT
12 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Singaperbangsa Karawang Email: ririfaldy@gmail.com
The  increasing  consumption  of  chicken  is  not  accompanied  by  the  processing  and  utilization  of  its byproduct, the feathers, which are often thrown away as waste. The fiber from chicken feathers has the potential as  a  composite  material  under  special  treatment  to  highlight  its  beneficial  properties  and  reduce  its  harmful properties. This research observed chicken feathers waste around Karawang Regency. Tensile testing was carried out  to  determine  the  strength  of  the  composite  of  chicken  feathers  as  natural  fiber  reinforcement  with polypropylene (PP) matrix. The tensile test outputs the maximum stress, strain, and modulus of elasticity of the feathers.  The  tested  specimens  have  the  shape  and  size  according  to  ASTM  D  638-03  standard  with  a  varied proportion of fiber to PP as follows: specimens A 30% to 70%, specimen B 50% to 50%, and  specimen C 70% to 30%. The results of the maximum stress for specimen A is 12,724 kgf, Specimen B 4.1458 kgf, and specimen C 3.9214 kgf.

## Keywords: chicken feather, polypropylene, composite, tensile test
Meningkatnya konsumsi  ayam  tidak disertai  dengan  pengolahan  dan pemanfaatan  limbahnya  di  mana limbah bulu ayam hanya dibuang secara percuma. Serat bulu ayam atau chiken feather fiber ini sangat berpotensi menjadi material komposit yang tentunya harus di treatmen khusus untuk menonjolkan sifat yang menguntungkan serta mereduksi sifat yang merugikan. Penelitian ini dimulai dari observasi permasalahan pada limbah bulu ayam di sekitar Kabupaten Karawang, Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk melakukan pengamatan sifat thermal dan sifat mekanis dari material limbah bulu ayam yang dijadikan bahan komposit, untuk melakukan pengamatan dari pencampuran dua polimer dengan berbeda sifat dan karakteristiknya. Selanjutnya mengumpulkan studi literatur yang  digunakan  untuk  mengumpulkan  data  yang  dibutuhkan.  Data  yang  diperoleh  diolah  sesuai  dengan  teori berdasarkan  studi  literatur  yang  didapatkan,  dianalisa  serta  dilihat  keterkaitan  permasalahannya  dengan  tujuan penelitian, dan selanjutnya disimpulkan. Pada penelitian ini pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan komposit dengan penguatan natural fiber (serat bulu ayam) dengan matrik PP ( polypropilen ). Dengan melakukan pengujian tarik dapat diketahui tegangan maksimum, regangan dan modulus elastisitas pada spesimen yang diuji. Spesimen yang diuji ini memiliki bentuk dan ukuran sesuai dengan standar ASTM D 638-03 dengan variasi sampel dengan persentase spesimen A : 30% fiber : 70% PP , spesimen B : 50% fiber : 50% PP ,  spesimen C :70% fiber : 30% PP. Hasil pengujian menunjukkan spesimen A : 12.724 kg/f , Spesimen B : 4.1458 kg/f, spesimen C: 3.9214 kg/f.
Kata kunci: bulu ayam, polypropilen , komposit, uji tarik
Jurnal Dinamika Vokasional Teknik Mesin Volume 7 Nomor 1 April 2022 Hal 72-77
https://journal.uny.ac.id/index.php/dynamika/issue/view/2267
(Zhan, M., Wool,R,P., Xiao,H, 2011).
Kemudian  dengan  meningkatnya  penggunaan material  komposit  di  berbagai  industri.  Tidak hanya  dalam  industri  rumah  tangga,  tetapi material komposit juga digunakan pada industri pesawat  terbang,  industri  otomotif  hingga industri  retail.  Melihat  kondisi  tersebut,  mulai banyak penelitian yang mencoba untuk merekayasa sifat komposit agar dapat memiliki sifat  yang  lebih  tinggi  dibanding  plastik  dan logam. Chiken Feather Fiber (CFF) atau limbah serat  fiber  yang  dihasilkan  oleh  limbah  bulu ayam  ini  sangat  cocok  untuk  dijadikan  filler (pengisi) komposit jenis Fiber-Reinforced. Fiber-Reinforced adalah  tipe  komposit yang  di  kuatkan  dengan  pengisian  fiber  (serat) kedalam  komposit.  Pengisian  komposit  dengan penguatan  fiber  dibagi  menjadi  dua  kategori yaitu continuous  (aligned) yang  berarti  tipe komposit  berserat  selaras  serta  tidak  terputus sedangkan discontinuous  (short) dibagi  lagi menjadi dua sub kategori yaitu aligned seratnya selaras  tapi  pendek  sedangkan  jenis randomly oriented yaitu  seratnya  pendek  dan  acak.
Respons  mekanis  dari  berbagai  jenis  komposit fiber  ini  bergantung  pada  beberapa  faktor termasuk perilaku tegangan-regangan fase serat dan  matriks,  volume  fasa,  fraksi,  dan,  arah tegangan  akan  berbedaa  tiap  jenis  komposit fiber.
Limbah bulu mengandung ~91% protein keratin  dengan  demikian,  potensi  bulu  dapat dimanfaatkan  menjadi  senyawa  atau  produk bernilai tinggi karena terdiri dari protein keratin atau  serat  keratin  (Tesfaye,  T.,  Sithole,B,. Ramugeranath, D,. Mokhothu, 2018). Serat bulu ayam  juga  mempunyai  struktur  yang  unik  dan memiliki  sifat  yang  tidak  dimiliki  serat  alam yang lain. Walaupun serat bulu ayam atau CFF tidak  dapat  dipintal  seperti  wol,  kapas  dan sebagainya (Handayaniaz et al., 2015).
Sifat-sifat mekanik material yang dikuantifikasikan  salah  satunya  dengan  kuat tarik  dapat  diperoleh  dengan  pengujian  tarik. Pada pengujian tarik unaksial atau uji satu arah, benda uji diberi beban atau gaya tarik pada satu arah  dan  gaya  yang  diberikan  bertambah  besar
secara  kontinu.  Pada  saat  bersamaan  benda  uji akan bertambah panjang dengan bertambah gaya yang  diberikan.  Berdasarkan  hasil  pengujian tarik  yaitu  berupa  data  gaya  dan  perpanjangan, maka  dapat  dianilisis  untuk  menentukan tegangan  dan  regangan  secara  teknis  (Robert Denti Salindeho, 2013).
Scanning  Electron  Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang didesain untuk mengamati permukaan objek solid secara langsung.  SEM  memiliki  perbesaran  10- 3.000.000  kali, depth  of  field 4  –  0.4  mm  dan resolusi  sebesar  1  –  10  nm.  Kombinasi  dari perbesaran yang tinggi, depth of field yang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui komposisi dan informasi kristalografi  membuat  SEM  banyak  digunakan untuk keperluan penelitian dan industri (Prasetyo, 2011).

## METODE
Penelitian ini dilakukan dengan mengolah data yang didapat dengan pengamatan langsung di  lapangan,  memperoleh  pengetahuan  dan landasan  teori  dari  beberapa  literatur  dari  hasil penelitian orang lain serta teori-teori dasar yang berhubungan  dengan  penelitan  ini.  Selain  itu metode observasi dilakukan dengan pengamatan secara langsung terhadap objek penelitian, yaitu CFF (chicken feather feather) dengan campuran PP  (polypropilene). Diagram  alir  penelitian ditunjukkan dalam Gambar 1.
Metode pembuatan dan pengujian menggunakan alat hot press pada pembuatan komposit.
Gambar 2. Alat hot press pada pembuatan komposit
Cara  pembuatan  spesimen  pengujian adalah sebagai berikut:
1. Bersihkan limbah bulu unggas agar terhindar dari kotoran yang menempel
2. Keringkan  material  sampai  sample  benar- benar kering
3. Pisahkan  serat  bulu  unggas  dengan  batang nya
4. Lelehkan PP dengan hotplate
5. Lalu  campurkan  sample  CFF  dengan matriksnya PP sesuai rasio penelitian
6. Tuangkan kedalam cetakan
7. Lakukan pengujian
Tabel 1. Perbandingan rasio komposisi spesimen
Bahan Komposisi Kode Sampel Ukuran Cetakan CFF : PP 30% : 70% A Standar
ASTM 50% : 50% B 70% : 30 % C
Uji  tarik  dilakukan  untuk  mengetahui kekuatan  bahan  terhadap  beban  tarik.  Dengan melakukan  pengujian  tarik  akan  mengetahui tegangan  maksimum,  regangan  dan  modulus elastisitas  pada  spesimen  yang  diuji.  Spesimen yang diuji ini memiliki bentuk dan ukuran sesuai dengan  standar  ASTM  D  638-03.  ASTM merupakan  kepanjangan  dari American  Society for  Testing  And  Materials di  mana  merupakan standarisasi  pengujian  untuk  barang  teknik dengan  lebih  12000  standarisasi.  Untuk standarisasi  pada  pengujian  tarik  komposit polimer dengan penguatan CFF dan matriks PP pada penelitian ini menggunakan ukuran ASTM D 638-03.
Gambar 3. Standar ASTM D638-03

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berikut  ini  adalah  hasil  pembuatan komposit dari alat hot press dari komposisi CFF dan PP sesuai rasio diatas, komposit sebelum di reparasi  dan  yang  sudah  di  reparasi  sesuai ASTM D638-03.
Gambar 4. Hasil pembuatan komposit
Terdapat  tiga  perbandingan  dalam penelitian ini. Spesimen A perbandingan CFF 30 %  dengan  PP  70%,  spesimen  B  perbandingan CFF  50%  dengan  PP  50%  serta  spesimen  C perbandingan CFF 70% dengan 30% PP.
Berikut ini adalah hasil pengujian Tarik pada spesimen komposit dengan penguatan CFF dan PP.
Tabel 2. Data Pengujian Tarik
No Fraksi Lebar (mm) Tebal (mm) Luas penampang (mm 2 ) Beban maksimum (kgf) Regangan (%GL) Elongasi (mm) 1 PP 70% CFF 30% 13.310 4.4700 59.496 12.724 0,8350 0.4175 2 PP 50% CFF 50% 13.110 4.7400 62.141 4.1458 1,180 0.5900 3 PP30% CFF 70% 13.350 4.2400 56.604 3.9214 0,9250 0.4625
Pada Tabel 2 diketahui data awal hasil uji tarik spesimen,  data  hasil  uji  tarik  memuat  lebar, tebal  dan  luas  penampang  spesimen  sebelum diuji tarik, beban maksimum, kuat tarik setelah uji  tarik,  pertambahan  panjang,  serta  titik regang  setelah  spesimen  mengalami  pengujian tarik. Dari data diatas, dapat disajikan diagram beban  maksimum  setiap  spesimen  sebagai berikut:
Gambar 5. Diagram beban maksimum uji tarik
Gambar 6. Diagram regangan uji tarik
Pada  gambar  di  atas  regangan  yang didapat dari perpaduan menunjukkan hasil yang hampir  sama.  Tetapi  dilihat  dari  diagram,
pencampuran  dua  material  dengan  fraksi  yang seimbang ternyata membuat nilai regangan dari material turun. Hal ini juga menujukkan bahwa pencapuran  antara  PP  ( Polypropylene )  dan LDPE  dengan  fraksi  yang  sama  dianggap kurang  efektif  dalam  mencari  material  dengan regangan tinggi.
Berikut merupakan perhitungan mencari  sifat  mekanik  pada  spesimen  dengan menggunakan  data  tabel  hasil  pengujian  tarik serta  mengunakan  persamaan  yang  telah dijelaskan sebelumnya.
1. Tegangan Hasil  perhitungan  regangan  pada sample dengan persamaan sebagai berikut:
Diketahui data PP 70% LDPE 30%:
F = 12.724 kgf A = 59.496 mm²
𝜎 = 𝐹 𝐴 = 12.724 59.496 = 0.213 kgf/𝑚𝑚²
Diketahui data PP 50% LDPE 50%:
F = 4.1458 kgf
A = 62.141 mm²
𝜎 = 𝐹 𝐴 = 41458 62.141 = 0.0667 kgf/𝑚𝑚²
Diketahui data PP 30% LDPE 70%:
F = 3.9214 kgf A = 56.604 mm²
𝜎 = 𝐹 𝐴 = 3.9214 56.604 = 0.0692 𝑘𝑔𝑓/𝑚𝑚²
2. Modulus Elastisitas/ Young
Berikut  merupakan  perhitungan  modulus elastisitas/modulus  young  (angka yang digunakan untuk  mengukur  objek)  pada  spesimen  dengan menggunkan  data  rata-rata  per  spesimen  hasil uji tarik dan menggunakan perhitungan: Diketahui data Serat Bulu Ayam 70% PP 30%: 𝜎 = 0.213 𝑘𝑔𝑓/𝑚𝑚²
𝜀 = 0,8350 mm
𝑌 = 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 = 𝜎 𝜀 = 0.213 𝑁/𝑚𝑚² 0,8350 mm 2 = 0,2550 N/mm 2
Diketahui data Serat Bulu Ayam 50% PP 50%:
𝜎 = 0.213 𝑘𝑔𝑓/𝑚𝑚²
𝜀 = 0,8350 mm
𝑌 = 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 = 𝜎 𝜀 = 0.213 𝑁/𝑚𝑚² 0,8350 mm 2 = 0,2550 N/mm 2
Diketahui data PP 30% LDPE 70%
𝜎 = 0,0692 kgf/𝑚𝑚² 𝜀 =  0,9250 𝑚𝑚 2
𝑌 = 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 = 𝜎 𝜀 = 0,0692𝑁/𝑚𝑚² 0,9250 mm = 0,074 N/ 𝑚𝑚 2

## SIMPULAN
Penggunaan  PP  dan  serat  bulu  ayam dalam  penelitian  ini  bertujuan  untuk  mencari material  alternatif    dalam  proses    pembuatan komposit  menggunakan  alat hot  press manual hidrolik  yang  hanya  memiliki  temperatur kontrol  yang  terbatas.  Penggunaan  PP  yang lebih  banyak  dibanding  serat  bulu  ayam  pada campuran  spesimen,  terbukti  meningkatkan kinerja spesimen dari segi kuat tarik, elongasi, serta regangan. Hasil dari pengujian tarik di atas dari  pembuatan  spesiemen  komposit  dengan alat hot press dengan penguatan serat bulu ayam dan  PP  dapat  disimpulkan  bahwa  beban maksimum yang di terima oleh komposit yang paling tinggi adalah 12.724 kg/f pada spesimen A dengan komposisi 30% serat bulu ayam dan 70%  PP  dengan  tegangan  yang  diterima permukaan  komposit  sebesar 0,8350 mm 2 serta modulus young sebesar 0,2550 𝑁/𝑚𝑚 2 .
Nilai modulus young kecil menandakan bahwa spesimen campuran serat bulu ayam dan PP sangat getas kemungkinan serat dan matriks tidak  berikatan  dengan  sempurna  dan  terdapat void  (ruang  osong)  pada  spesimen.  Dari  hasil penelitian  yang  sudah  dilakukan,  selalu  ada kekurangan  dan  belum  memenuhi  hasil sempurna,  maka  dari  itu  diperoleh  saran  yang nantinya  dapat  digunakan  sebagai  bahan pengembangan penelitian yang akan datang, di antaranya  serat  bulu  ayam  sebaiknya  di  rusak secara microstruktur dengan treatment kimiawi agar matriks dapat masuk dan berikatan secara sempurna, selanjutnya mengubah orientasi serat pada komposit.

## DAFTAR RUJUKAN
El  Boushy  et  al.  (2000). Handbook  of  poultry feed  from  waste:  Processing  and  use (Second  Edition).  Kluwer  Academic Publisher.
Handayania, A. S., Putraa, A. R., Yaumala, A.,
& Chalida, M. (2015). Sifat mekanik pada isotactic polypropylene termodifikasi dengan  serat  bulu  ayam. Seminar Nasional Polimer . Volume 10 , 1-5.
Prasetyo, S. (2011). Scaning electron microscope  (SEM)  dan  optical  emission spectroscope (OES) . Diakses dari http://yudiprasetyo53.wordpress.com/201 1/11/07/scanning-electron-microscope- sem-dan-optical-emission-spectroscope- oes .
Tesfaye,  T.,  Sithole,  B,.  Ramugeranath,  D,. Mokhothu,  T.  (2018).  Valorisation  of chicken  feathers:  Characterisation  of thermal, mechanical and electrical properties. Sustainable  Chemistry  and Pharmacy . Volume 9 , 27–34.
Zhan,  M.  ,  Wool,  R.  P.,  Xiao,  H.  Q.  (2011).
Electrical  properties  of  chicken  feather fiber reinforced epoxy composites. Composites  Part  A:  Applied  Science  and Manufacturing . Volume  42 ,  Nomor  3, 229–233.
Robert  Denti  Salindeho,  Jan  Soukotta,  Rudy Poeng.  (2013).  Pemodelan  pengujian
tarik  untuk  menganalisis  sifat  mekanik material.  Jurnal  Poros  Teknik  Mesin Unsra. Volume 2 , Nomor 2, 1-11.