## Pengaruh Pemaparan Cuaca terhadap Kekuatan Impak Komposit rHDPE Berpenguat Serat Pelepah Salak
Mas’ud Nur Hanif 1 , Dody Ariawan 1 , Wijang Wisnu Raharjo 1
1 Teknik Mesin – Universitas Sebelas Maret e-mail address : hanifelmasud@student.uns.ac.id
Keywords:
Abstrak : Pemaparan cuaca, sifat mekanik, rHDPE, serat
pelepah salak, impak, SEM
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemaparan cuaca terhadap  kekuatan  impak  dari  komposit recycled High  Density  Polyethylene (rHDPE)  -  serat  pelepah  salak.  Fraksi  volume  pada  komposit  adalah  30% . Spesimen  dibuat  menjadi  3  variasi,  yaitu  spesimen  rHDPE  murni  sebagai spesimen  kontrol,  komposit  rHDPE  berpenguat  serat  pelepah  salak  dengan perlakuan alkali, dan komposit rHDPE berpenguat  serat  pelepah salak tanpa perlakuan  alkali.  Pemaparan  cuaca  dilakukan  selama  6  bulan,  Agustus  2019 hingga  Januari  2020.  Untuk  mengetahui  kerusakan  mikroskopis  spesimen, pengamatan menggunakan Scanning  Electron Microscopy (SEM) dilakukan. Setelah  6  bulan  pemaparan  cuaca,  hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa perlakuan  alkali  hanya  berpengaruh  sebelum  pemaparan  cuaca.  Sedangkan setelah dipaparkan cuaca, hasil antara  komposit dengan perlakuan dan tanpa perlakuan alkali menunjukkan kesetaraan.

## 1. PENDAHULUAN
Salak  ( Salacca  zalacca sp.)  merupakan tanaman  asli  Indonesia  yang  memiliki  nilai ekonomis dan peluang pasar yang cukup tinggi. Tanaman buah ini memiliki ikatan famili dengan kelapa,  akan  tetapi  penampilannya  sangat berbeda dengan kelapa, yaitu tumbuh merumpun dan  memiliki  batang  berduri  [1].  Badan  Pusat Statistik  (2012)  menyebutkan  bahwa  produksi salak  di  Indonesia  mengalami  fluktuasi,  pada tahun  2002  berjumlah  768.015  ton,  dan  pada tahun  2011  mencapai  815.227  ton  [2].  Serat pelepah  salak  digunakan  sebagai  penguat komposit  karena  memiliki  42.54%  selulosa, 34.35% hemiselulosa, 28.01% lignin, dan  14% air [3].
Umar  dkk  [4]  yang  meneliti  tentang pengaruh  pemaparan  cuaca  pada  sifat  mekanik komposit  Kenaf-rHDPE.  Penelitian  tersebut menyatakan  bahwa  pemaparan  cuaca  yang dipercepat
( accelerated weathering ) menyebabkan  penurunan  kekuatan  tarik  yang menurun  drastis  setelah  400  jam  pemaparan. Selain kekuatan tarik, warna komposit juga mulai memutih pada pemaparan 200 jam, dan menjadi benar-benar putih setelah 600 jam.
Pandey [5] juga pernah melakukan sebuah penelitian yang membahas tentang  pengaruh
pemaparan  sinar  UV  pada  beberapa  komposit dengan  serat  yang  berbeda.  Pemaparan  UV dilakukan selama 2000 jam, dari proses tersebut diperoleh  beberapa  kesimpulan,  diantaranya adalah  perubahan  pada  warna  komposit, penurunan  kekuatan  bending,  dan  kekuatan impak yang mengalami penurunan atau kenaikan pada beberapa komposit.
Penelitian ini bermaksud untuk mengetahui  pengaruh  dari  pemaparan  cuaca terhadap kekuatan impak rHDPE - serat pelepah salak.  Spesimen  dipaparkan  cuaca  selama  6 bulan,  dari  bulan  Agustus  2019  hingga  Januari 2020. Untuk mengetahui pengaruh terhadap sifat mekanik, spesimen diuji impak (ASTM D5941). Sedangkan untuk melihat kerusakan mikroskopisnya dilakukan pengamatan Scanning Electron  Microscopy (SEM)  pada  permukaan spesimen.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1 Material
Material  yang  digunakan  pada  penelitian ini  adalah  serat  pelepah  salak  sebagai  penguat dan  rHDPE  sebagai  matrik.  Serat  pelepah  salak diberi  perlakuan  yaitu  dengan  direndam  dalam cairan alkali  (5% NaOH) selama 3 jam. Setelah itu serat direndam dan dibilas dengan larutan
https://dx.doi.org/10.20961/mekanika.v19i2.43204
Submitted July 2020; Revised September 2020; Published September 2020 © Mekanika: Majalah Ilmiah Mekanika. All right reserved.
asam asetat 1%. Kemudian serat dikeringkan selama 7 hari dalam kantong plastik pada suhu ruangan.
Polietilena  berdensitas  tinggi  atau High Density  Polyethilene (HDPE)  adalah polietilena termoplastik  yang  berasal  dari  minyak  bumi dengan massa jenis sebesar 0,950 ton/m³. Untuk menghasilkan  1  kg  HDPE  dibutuhkan  1,75  kg minyak  bumi  (sebagai  bahan  baku  dan  energi). HDPE  dapat  didaur  ulang. HDPE  banyak dipakai untuk bahan pipa bertekanan tinggi, pipa  aliran  gas,  wadah  kimia  cair  dan  lain- lain. Karena sifatnya yang kuat, keras, kedap air,  dan  mampu  bertahan  pada  suhu  tinggi (120ºC) dan rendah (-40ºC) [6].

## 2.2 Proses Pembuatan Spesimen
Komposit  yang  dibuat  mengandung fraksi  volume  serat  30%  dan  matrik  70% dengan  panjang  serat  9  mm.  Pencetakan komposit menggunakan hot press . Parameter proses pengepresan meliputi suhu 150°C
kelembaban,  curah  hujan,  suhu, particulate matter (PM10), UV index , dan lama penyinaran cahaya matahari ( day light ).

## 2.4 Pengujian Mekanik
Pengujian  mekanik  pada  spesimen  adalah uji  impak.  Pengujian  impak  bertujuan  untuk mengukur  energi  yang  dapat  diserap  suatu material  sampai  material  tersebut  patah. Pengujian  impak  menggunakan  metode  impak izod sesuai  standar  ASTM  D5941,  dengan persamaan sebagai berikut [8]:
W   =  w. R. (cosþ − cosα u ) (3)
Keterangan:
W = Energi total yang diserap (J)
w = Berat pendulum (N)
R = Jarak dari pusat rotasi pendulum ke pusat massa (m) þ = Sudut pantul lengan ayun
α’ = Sudut naik awal lengan ayun w
waktu penahanan  25 menit, dan tekanan 50 bar, kemudian spesimen didinginkan  hingga
α = ℎ x b x10 3 (4)
suhu mencapai 40°C [7].
Dimensi  spesimen  untuk  uji  impak adalah panjang 80 ± 0,2 mm, lebar 10 ± 0,2 mm  dan  tebal  4,0  ±  0,2  mm  [8].  Spesimen dibuat  menjadi  3  jenis,  yaitu  rHDPE murni/ neat  resin (NR),  komposit  dengan serat  yang  diberi  perlakuan/ treatment (T), dan  komposit  tanpa  perlakuan/ untreatmen (UT).

## 2.3 Pemaparan Cuaca
Pengujian  pokok  yang  dilakukan  adalah pemaparan cuaca atau penjemuran secara natural langsung  dibawah  matahari. Tes ini dilakukan sesuai  dengan  ASTM  D1435.  Semua spesimen  ditempatkan  pada  rak  aluminium pada sudut 45°, menghadap ke timur. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pengujian ini divariasi dari 1 sampai 6 bulan dengan interval 1 bulan. Data cuaca yang diperlukan  yaitu
Keterangan:
W =  Energi  total  yang  diserap  (J) α = Nilai kekuatan impak (J/m 2 ) ℎ = Ketebalan benda uji (m) b = Lebar benda uji (m)

## 2.5 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Morfologi  dan  kerusakan  mikroskopis spesimen diamati dengan pengamatan SEM. Alat yang dipakai adalah SEM Zeiss Evo 10. Sebelum diamati,  spesimen  terlebih  dahulu  dilapisi dengan gold paladium.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pemaparan Cuaca
Pemaparan cuaca dilakukan pada Bulan Agustus 2019  –  Januari  2020.  Data  meteorologi  selama berlangsungnya proses pemaparan cuaca didapatkan dari stasiun PUSLITBANG FP UNS
Gambar 1. Perubahan warna spesimen selama pemaparan.
Jumantono, Karanganyar dan
situs www.accuweather.com .
Selama pemaparan cuaca terjadi perbedaan curah  hujan  yang  cukup  signifikan.  Pada  bulan Agustus-November  belum  ada  curah  hujan karena  musin  kemarau,  sedangkan  pada  bulan Desember-Januari  curah  hujan  cukup  tinggi, terutama  pada  bulan  Desember  yang  mencapai 12,97 mm. Dari perbedaan curah hujan tersebut berpengaruh  pada  kelembapan  udara  dan  lama penyinaran matahari ( day light ). Semakin tinggi curah  hujan,  semakin  tinggi  pula  kelembapan udara, kebalikannya day light semakin menurun.
Kelembapan  udara  tertinggi  84,24  %  dan day light terendah  44,91  %  terjadi  pada  bulan Desember. Sedangkan untuk Particulate Matter , UV index maksimum, dan temperatur cenderung naik  turun,  dengan  nilai  rata-rata  secara berurutan 59,13 μg/m 3 , 9,53 (sangat tinggi), dan 28,23 o C.
Komposit  yang  sedang  dipaparkan  cuaca didokumentasikan  dalam  bentuk  foto  setiap bulan  sekali  untuk  melihat  perubahan  warna yang  terjadi.  Menurut  Penelitian  Rowell  [9],  ia menemukan  bahwa  terdapat  lapisan  putih ( chalking )  pada  permukaan  komposit  plastik setelah  dipaparkan  cuaca.  Lapisan  ini  mudah rapuh dan keropos. Jumlah atau tingkat chalking bergantung  pada  proses  pembuatan  komposit, variabel cuaca, dan intensitas UV.
Gambar 1 menunjukkan perubahan warna pada  permukaan  spesimen  yang  terpapar langsung sinar matahari. Pada gambar tersebut
terlihat  bahwa  semakin  lama  terpapar  cuaca, semakin  pudar  warna  spesimen  dan  muncul warna keputihan/ chalking . Perubahan warna tersebut mengindikasikan adanya degradasi pada komposit akibat sinar UV.

## 3.2 Kekuatan Mekanik
Kekuatan  impak  spesimen  dapat  diukur dengan  pengujian  impak izod sesuai  standar ASTM-D5941 [8]. Grafik hasil pengujian impak ditunjukkan pada Gambar 2.
Pada  Gambar  2  menunjukkan  bahwa ketiga  jenis  spesimen  mengalami  penurunan kekuatan  impak  seiring  dengan  lamanya pemaparan.  Penurunan  kekuatan  impak  terjadi karena  pembebanan  merupakan  beban  dinamik, sehingga  spesimen  menerima  pembebanan kejut/ rapid  loading .  Pada  pembebanan  tersebut spesimen  menyerap  energi  dari  pendulum  yang diayunkan  mengenai  spesimen.  Energi  yang diserap  tersebut  akan  mengubah  respon  yang diterima oleh spesimen seperti deformasi plastis dan  efek  inersia.  Ketika  diberikan  pembebanan dengan  kecepatan  tinggi,  spesimen  akan  patah getas yang diakibatkan rusaknya ikatan interfase antar matrik HDPE karena pelapukan oleh cuaca [10].  Jika  dilihat  dari  Gambar  2,  maka  dapat disimpulkan  bahwa  spesimen  jenis neat  resin mengalami  penurunan  yang  paling  signifikan yaitu  sebesar  52,52  %,  kemudian  disusul spesimen komposit dengan perlakuan alkali
Gambar 2. Grafik kekuatan impak spesimen selama pemaparan cuaca
sebesar  35,67  %,  dan  yang  terakhir komposit  tanpa  perlakuan  alkali  yaitu  sebesar 30,60 %. Hal ini terjadi karena perlakuan alkali hanya berperan
pada  masa  awal  sebelum  pemaparan cuaca.  Setelah  itu,  efek  dari  perlakuan  alkali mulai  hilang.  Setelah  6  bulan  pemaparan, kekuatan impak komposit dengan perlakuan dan tanpa  perlakuan  menjadi  setara  yaitu  sekitar  27 MPa.

## 3.3 Analisa Hasil SEM
Gambar  3,  4,  dan  5  berurutan  adalah  hasil SEM  dari  permukaan  spesimen  rHDPE  murni ( neat  resin ),  komposit  dengan  perlakuan,  dan komposit tanpa perlakuan. Gambar 3 menunjukkan  perbedaan  antara  spesimen neat resin sebelum  dan  sesudah  pemaparan.  Pada Gambar 3 (a) menunjukkan permukaan spesimen yang  masih  bagus  dan  tidak  ada  kerusakan, sedangkan  pada  Gambar  3  (b)  menunjukkan adanya keropos pada permukaan spesimen akibat pelapukan oleh cuaca dan lingkungan, fenomena tersebut disebut fenomena chalking /pengapuran.
Walaupun  terdapat  kerusakan,  tapi  tidak  terlalu signifikan. Pada Gambar 3 (b) juga terdapat void akibat  terjebaknya  oksigen  ketika  proses pencetakkan spesimen.
Gambar  4  (a)  dan  5  (a)  berurutan menunjukkan  hasil  SEM  dari  permukaan spesimen komposit dengan perlakuan dan tanpa perlakuan sebelum pemaparan. Pada kedua
gambar  tersebut  fiber  yang  sedikit  terlihat  di permukaan.  Hal  ini  yang  terjadi  karena  ketika proses pembuatan komposit, sebagian fiber tidak tertutupi matrik.
G ambar 3. Hasil pengamatan SEM permukaan spesimen neat resin a) sebelum pemaparan, b) setelah 6 bulan pemaparan
Gambar 4. Hasil pengamatan SEM permukaan spesimen komposit dengan perlakuan alkali a) sebelum pemaparan, b) setelah 6 bulan pemaparan
Gambar 5. Hasil pengamatan SEM permukaan spesimen komposit dengan perlakuan alkali a) sebelum pemaparan, b) setelah 6 bulan pemaparan
Gambar  4  (b)  dan  5  (b)  adalah  hasil  SEM permukaan  spesimen  komposit  dengan  perlakuan dan  tanpa  perlakuan  setelah  pemaparan  6  bulan. Kondisinya  jauh  berbeda  dengan  spesimen sebelum  pemaparan,  pada  kedua  gambar  tersebut menunjukkan permukaan yang sudah rusak parah dan  muncul  celah  yang  besar  antara  serat  dan matriks. Terdapat gap antara serat dengan matrik, retakan,  dan  serat  yang  mengelupas.  Hal  tersebut terjadi karena serat yang menyerap cairan dari air hujan  kemudian  terkena  panas/UV  dari  paparan matahari  yang  menyebabkan  serat  dan  matrik menyusut atau memuai. Hal itu dapat meningkatkan  tegangan  pada  ikatan  interfase antara  serat  dan  matriks  dan  mengakibatkan lepasnya  ikatan  interfase.  Lepasnya  ikatan interfase  menyebabkan  adanya  retakan  pada matriks  di  sekitar  serat  [11].  Terlepasnya  serat dari  matriks  terjadi  karena  tekanan  dari  air  hujan yang  mengenai  permukaan  komposit  terutama pada  bulan  ketiga  hingga  keenam.  Hal  ini  sesuai dengan data curah hujan pada Tabel 1.

## 4. KESIMPULAN
Kesimpulan  dari  penelitian  yang  telah dilaksanankann ini adalah:
a. Semua  spesimen,  yaitu neat  resin ,  komposit rHDPE-serat  pelepah  salak  dengan  perlakuan alkali,  dan  komposit  tanpa  perlakuan  alkali mengalami perubahan warna/ chalking.
b. Perlakuan  alkali  pada  kekuatan  impak  hanya berefek  di  awal  sebelum  pemaparan  cuaca, setelah  itu  mulai  hilang  dan  setelah  6  bulan kekuatan  impak  kedua  jenis  spesimen  setara, yaitu sekitar 27 MPa.
c. Hasil  pengamatan  SEM  dari  permukaan spesimen  komposit  terdapat gap antara  serat dengan matrik, lepasnya serat dari matrik, dan terdapat retakan pada matrik di sekitar serat.

## 5. REFERENSI
[1] F.  F.  Haryanto,  "Analisis  Kromosom  dan
Stomata  Tanaman  Salak  Bali  ( Salacca  Zalacca Var. Amboinensis (Becc.) Mogea ), Salak  Padang Sidempuan  ( S.  Sumatrana  (Becc.) )  dan  Salak Jawa ( S. Zalacca Var. Zalacca (Becc) Mogea) )," Fakultas  Pertanian,  Universitas  Sebelas  Maret, 2010.
[2] S. Ariviani and N. H. R. Parnanto, "Kapasitas Antioksidan  Buah  Salak  ( Salacca  Edulis
Reinw )  Kultivar  Pondoh,  Nglumut  Dan  Bali Serta  Korelasinya  dengan  Kadar  Fenolik Total  dan  Vitamin C," Agritech, vol.  33,  pp. 324-333, 2013.
[3] M. Y. Hashim, M. N. Roslan, A. M.  Amin, A. M. A. Zaidi, and S. Ariffin,
"Mercerization Treatment Parameter Effect on Natural Fiber Reinforced Polymer
Matrix," World Academy of Science, Engineering and Technology, vol. 6, pp. 1382-1388, 2012.
[4] Umar,  Zainudin,  and  Sapuan,  "Effect  of Accelerated Weathering on Tensile Properties of Kenaf Reinforced High- Density Polyethylene Composites," Journal of Mechanical Engineering and Sciences (JMES), vol. 2, pp. 198-205, 2012.
[5] P.  Pandey,  "Performance  of  UV  weathered HDPE  composites  containing  hull  fiber  from DDGS  and  corn  grain," Industrial  Crops  &
Products, vol. 107, pp. 409-419, 2017.
[6] R.  A.  Arisandhi,  "Analisa  Getaran  Pada Kapal  Sar  ( Search  And  Rescue )  Dengan Material  HDPE  ( High  Density  Polyethilene ) ",  Marine  Engineering,  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.
[7] I.  Fadli,  D.  Ariawan,  E.  Surojo,  and  J. Triyono,  "Pengaruh  Fraksi  Volume  Serat Terhadap  Kekuatan  Mekanik  Komposit rHDPE dengan Penguat Serat Pelepah Salak,"
Prosiding SNST, vol. 8, pp. 18-23, 2017.
[8] Standard  Test  Methods  for  Determining  the Impak Izod Strength Plastics , 2003.
[9] R.  M.  Rowell,  S.  E.  Lange,  and  R.  E. Jacobson, "Weathering Performance of Plant- Fiber/Thermoplastic Composites," Mol. Cryst and Liq. Cryst. , vol. 353, pp. 85- 94, 2000.
[10] W.  Adhi,  W.  W.  Raharjo,  and  H.  Sukanto, "Pengaruh Waktu Pemaparan Cuaca (Weathering) Terhadap Karakteristik Mekanik Komposit HDPE-Sampah Organik
" Mekanika, vol. 12, pp. 11-16, 2013.
[11] M.  F.  Asfar,  "Pengaruh  Perendaman Terhadap  Kekuatan  Mekanik  Komposit
rHDPE dengan Penguat Serat  Pelepah
Salak," Fakultas Teknik, Universitas Sebelas
Maret, 2019.