## PENGARUH WAKTU TREATMENT SERAT TERHADAP SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT TAPIS KELAPA

## NGAKAN PUTU GEDE SUARDANA, NI MADE DWIDIANI
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali npgsuardana@yahoo.com

## ABSTRACT
Coconut tapis fiber is one of the natural fiber for use composites on account of its characteristic such as a high strength to weight ratio, resistance to corrosion, resistance to wear, good finishing surface, no health risk and easy availability. This research was conducted to study tensile strength and flexural strength of coconut tapis fiber reinforced composite with variable of fiber treatment in NaOH for 2, 4, and 6 hours. This research used coconut tapis fiber with 0.04 -1 mm diameter and 10 mm length, resin unsaturated polyester type Yukalac 157 BQTN-EX as its matrix, and metil etil keton peroxide 1% as its hardener. The fiber was treted in NaOH for 2, 4, and 6 hours, afterward rinsed and dried, respectively. The composite was made using press hand lay-up technique with post curing 2 hours at temperature of 62 0 C. Tensile and flexure test specimen were made based on ASTM D3039 and ASTM D 790-03 standard accordingly. The result shows that tensile strength decrease with increasing treatment in NaOH. The highest tensile strength was achieved by 2 hours treatment in NaOH at 58.8 MPa. The highest tensile strain was achieved by 2 hours treatment NaOH at 1.30%. The highest tensile modulus of elasticity was achieved by 6 hours treatment in NaOH at 5.07 GPa. In agreement with tensile strength, flexural strength also decreased with increasing treatment in NaOH. The highest flexural strength was achieved by 2 hours treatment in NaOH at 125.98 MPa, and the highest flexural strain was achieved by 2 hours treatment in NaOH at 1.35%. The highest flexural modulus of elasticity was achieved by 6 hours treatment in NaOH at 13.55GPa.
Key words : tensile strength, flexural strength, coconut tapis fiber, naoh treatment

## PENDAHULUAN
Penggunaan  polimer  dan  komposit  polimer dalam  bidang  industri,  transportasi,  konstruksi dan  rancang  bangun  di  berbagai  negara  telah mengalami  kemajuan  yang  pesat,  dan  menjadi pilihan  utama  dalam  mengatasi  keterbatasan sumber  daya  alam  seperti  ketersediaan  kayu  dan logam.  Penggunaan  komposit  berpenguat  serat alami juga sedang dikembangkan sebagai pengganti serat gelas. Hal ini banyak dilakukan karena bahan penguat alami sangat murah dan banyak terdapat di Indonesia dan hanya sebagai bahan limbah.
Hemp  dan  beberapa  serat  alam  juga  telah secara  luas  digunakan  di  industri  Otomotif  di Eropa  (Aziz,  dan  Ansell,  2003).  Penggunaan serat alam memiliki beberapa keunggulan seperti memiliki  kekuatan  dan  modulus  spesifik  yang baik,  murah  dari  segi  ekonomi,  massa  jenis rendah,  berkurangnya  keausan  peralatan  yang digunakan  pada  proses  pembuatan,  jumlahnya
melimpah,  tidak  menggangu  pernapasan  serta aman untuk lingkungan. Kerugian dari serat alami sebagai  penguat  polimer  adalah  ketidakcocokan antara  serat  alami  tersebut  dengan  termoset dan  termoplastik,  akan  tetapi  dapat  di  atasi dengan  perlakuan  fisika  maupun  kimia  untuk meningkatkan  ikatan  di  antaranya  (Dhakal, et.  al .,  2006).  Serat  alam  ketika  terdegradasi mengemisikan lebih sedikit CO dibanding CO yang diserapnya  ketika  pertumbuhannya.  Serat  alam juga tidak menimbulkan iritasi dan non-abrasif. Kekuatan  tarik  komposit PE/sisal dengan beberapa  perlakuan  kimia  pada  serat  sisal  yaitu dengan alkali, KMnO 4, Isocyanate, Benzoyl peroxide dan lain-lain, didapat komposit dengan perlakuan alkali  yang  paling  tinggi  kekuatan  tariknya (Li,  Yan et.  al .,  2000).  Dari  hal  tersebut  penulis meneliti komposit polyester /serat tapis kelapa dengan perendaman  serat  pada  larutan  NaOH  dengan variasi  lama  waktu  perendaman,  yaitu  2,  4  dan 6 jam.
Komposit  serat  alam  adalah  komposit  yang berpenguat serat alami (bukan merupakan buatan atau  rekayasa  manusia).  Komposit  serat  alam biasanya berupa polymer matrix composite .
Komposit  berpenguat  serat  alam  dipandang lebih  menguntungkan  dibanding  serat  sintetis karena serat ini memiliki keunggulan seperti ringan, tidak beracun, jumlahnya banyak dan ramah. Sifat lain yang tidak kalah pentingnya adalah memiliki massa jenis yang rendah, kekuatannya tinggi, dan murah. Serat alam telah dicoba untuk menggeser serat  sintetis,  seperti  serat  gelas.  Walaupun  tak sepenuhnya menggeser serat sintetis, pemanfaatan serat  alam  yang  ramah  lingkungan  merupakan langkah  bijak  untuk  menyelamatkan  kelestarian lingkungan (Jamasri dkk., 2005).
Peningkatan  kekuatan  komposit  dapat dilakukan  dengan  meningkatkan  kompatibilitas serat-matriks,  seperti  perlakuan  kimia  serat. Perlakuan kimia serat ( fiber treatment ) yang biasa dilakukan  adalah  perlakuan  alkali  ( Alkalization ), yaitu perendaman di dalam larutan NaOH.
Komposit  serat  alam  biasanya  berupa  PMC ( Polymers Matrix Composite ) yaitu komposit yang menggunakan  material  polimer  sebagai  matriks. Polimer  yang  umum  digunakan  untuk  matriks pada  komposit  serat  alam  adalah Polyester dan Epoxy.
Karena komposit ini adalah kombinasi matriks (sistem resin) dan serat penguat, maka sifat-sifat yang dimiliki komposit adalah kombinasi dari sifat sistem  resin  dan  serat  penguatnya,  seperti  grafik pada Gambar 1 berikut.
FRP Composite Fiber Resin Gambar 1 . Grafik hubungan strain- stress dari beberapa material
Secara  umum  sifat-sifat  komposit  ditentukan oleh: Sifat-sifat serat; sifat-sifat resin; perbandingan serat terhadap resin pada komposit ( Fiber Volume Fraction );  dan  geometri  dan  orientasi  serat  pada komposit.
Tapis kelapa adalah serat yang terdapat pada pangkal tangkai daun kelapa, serat ini tersusun dari bahan yang menyerupai bahan pembentuk serabut kelapa ( cellulose ). Serat tapis yang digunakan pada riset ini serat tapis kelapa gading ( Cocos nucifera var. Ebunea).
Gambar 2. Tapis kelapa gading
Tapis merupakan jaring pembungkus daun  muda,  pertumbuhannya  akan  mengikuti pertumbuhan  daun  baru.  Setiap  pohon  kelapa dewasa  rata-rata  mempunyai  30–40  pelepah beserta tapisnya sedangakan tingkat pertumbuhan pelepah mencapai ± 14 pelepah setiap tahun.
NaOH (N atrium  hidroksida )  dalam  hal pembuatan  komposit  berpenguat  serat  alami digunakan  untuk  menghilangkan  kotoran, wax (lapisan lilin) dan memperkasar permukaan serat (Mwaikambo et al. , 2002). Pada dasarnya matriks termoseting seperti Epoxy dan Polyester kurang cocok  bila  dibuat  sebagai  komposit  berpenguat serat  alam  (Sharifah et  al .,  2003),  sehingga untuk  mengatasi  ini  dilakukan treatment pada serat  menggunakan  NaOH  yang  tepat  akan meningkatkan daya adhesi antara matriks dengan serat alam tersebut.
Tujuan  penelitian  ini  melakukan  tratment pada serat dengan menggunakan NaOH yang tepat sehingga mendapatkan pengaruh waktu treatment serat terhadap sifat mekanik komposit serat tapis kelapa.

## METODE
Bahan  yang  digunakan  adalah Resin unsaturated  polyester (UPRs)  jenis Yukalac 157  BQTN ,  Serat tapis  kelapa  gading panjang 10  mm,  Pengeras/ hardener jenis metil  etil  keton peroxide(MEKPO), Bahan  perlakuan  ( treatment ) serat  NaOH  ( natrium  hidroksida ),  air  bersih, Aceton dan Gliserin .
Persiapan  pembuatan  komposit.  Tapis  kelapa dikeringkan  secara  alami  untuk  menghilangkan kadar air. Pemisahan serat dan pemotongan dengan panjang 10 mm, dilanjutkan perendaman ke dalam zat kimia NaOH 5% (Pothan, et al ., 2005) dengan variasi waktu masing-masing selama 2 jam, 4 jam, dan  6  jam  kemudian  bilas  dengan  air  mengalir sampai  bersih.  Pengeringan  kembali  dilakukan dioven dengan temperatur 60° C selama 24 jam.
Polyester dicampur  dngan hardener  1%, c ampuran polyester dituangkan  secara uniform sebagai  lapisan  pertama  ke  dalam  cetakan  dan lapisan  kedua  diisi  potongan  serat tapis  kelapa secara  acak,  selanjutnya  dituangkan  kembali campuran polyester sampai  mendekati  ketebalan yang diinginkan (3 mm).
Proses Post  Curing komposit  dimasukkan ke  dalam  oven  dengan  suhu  62°  C  selama  2  jam. Pengamatan  bentuk  fisik  lembaran  komposit, komposit yang berhasil dicetak, diamati apakah ada void atau tidak dengan cara menerawang lembaran komposit, dan menghitung persentase void dengan toleransi void yang  diizinkan  sebanyak  1%  dari berat komposit (D 2734–94 reapproved 2003).
Pemotongan spesimen uji sesuai dengan standar ASTM D3039 untuk uji tarik dan D790–03 untuk uji three  point  bending ,  dilanjutkan  pengkodean dan pengujian.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Berat Serat dan Fraksi Berat
Berat  serat  didapat  berdasar  pada  hasil penelitian  dengan  cara  menimbang  serat tapis kelapa yang telah ditentukan (wf) dan perhitungan berat  komposit  hasil  percobaan  (Wc),  dan  fraksi berat serat dengan persamaan sebagai berikut:
resin wf Wf = ×  100%,  Wc = wf +w Wc
Maka untuk:
0 gram ×  100% = 0% 300 gram 30 gram ×  100% = 10% 300 gram Wf = 0 gram (tanpa serat hanya matriks saja) Wf = fraksi berat
wf = 30 gram
Wf = fraksi berat
Setelah  melakukan  penelitian  awal  diperoleh berat serat tapis kelapa yang ideal adalah 30 gram (10%)  fraksi  berat,  untuk  tebal  komposit  3  mm. Jadi berat resin yang dibutuhkan untuk 10% fraksi berat serat adalah:
− resin Untuk wf =10% 10% × 300 3000 wf = = = 30 gram 100% 100
w = 300 30 = 270 gram
Kekuatan  tarik  maksimum  dari  tiap  variasi waktu  perlakuan  NaOH  dicari  berdasarkan  data hasil pengujian tarik (Tabel 1).
Berdasarkan  hasil  pengujian  tarik  dapat diperoleh grafik perbandingan tegangan-regangan tarik  rata-rata  komposit  untuk  perlakuan  serat masing-masing 2 jam, 4 jam dan 6 jam sebagaimana tertera pada Gambar 3.

## Tabel 1. Nilai Rata-rata Hasil Pengujian Tarik
Komposit dengan waktu Perlakuan Serat (jam) Berat Serat wf (gram) Fraksi Berat (%) Kekuatan Tarik σ t (MPa) Modulus Elastisitas E t (GPa) Regangan ε t (%) Polyester saja 2 jam 4 jam 6 jam 0 30 30 30 0% 10%
10% 10% 29,87 58,8 55,55 52,93 1,02 3,84 4,72 5,07 2,27 1,30 0,99 0,86
0 10 20 30 40 50 60 70 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 Regangan (%) Tegangan Tarik (Mpa) A =" Rat a-rat a 2 jam Perlakuan" B =" Rat a-rat a 4 jam Perlakuan" C=" Rat a-rat a 6 jam Perlakuan" D=" Rat a-rat a Tanpa Serat " Linear (A =" Rat a-rat a 2 jam Perlakuan" ) Linear (B =" Rat a-rat a 4 jam Perlakuan" ) Linear (C=" Rat a-rat a 6 jam Perlakuan" ) Linear (D=" Rat a-rat a Tanpa Serat " )
Gambar 3. Tegangan-regangan komposit poliester/serat tapis kelapa
Berdasarkan  Tabel  1  dan  Gambar  3  terlihat bahwa dengan perlakuan alkali serat (5% NaOH) selama 2, 4, dan 6 jam terjadi penurunan kekuatan tarik  dan  regangan  serta  peningkatan  modulus elastisitas  komposit  yang  sangat  signifikan, dibuktikan dengan uji statistik (bantuan software Minitab )  p  <  0,05.  Dengan  hilangnya  lignin  dan berbagai  kotoran  lainnya  di  permukaan  serat, maka  peningkatan  ikatan interface antara  serat dan  resin  menjadi  lebih  kuat  sehingga  transfer beban  antara  serat  dan  matriks  menjadi  lebih tinggi. Perlakuan 2 jam NaOH memiliki kekuatan tertinggi  sebesar  58,8  MPa  dan  regangan  tarik tertinggi  sebesar  1,3%,  karena  permukaan  serat menjadi  lebih  kasar  akibat  hilangnya  lapisan lilin  pada  permukaan  serat,  tofografi  permukaan serat menjadi lebih kasar sehingga menghasilkan mechanical  interlocking yang  lebih  baik  dengan matriksnya,  di  samping  itu  serat  masih  ulet  dan kuat sehingga kekuatannya lebih baik dibandingkan dengan  kedua  komposit  perlakuan  NaOH  yang lain.  Namun,  perlakuan  serat  yang  terlalu  lama dapat  menyebabkan  rusaknya  permukaan  serat itu  sendiri  sehingga  serat  menjadi  rapuh  dan berdampak pada menurunnya sifat mekanis serat sehingga  kontribusi  terhadap  komposit  menurun pula (Jamasri dkk., 2005).
Modulus elastisitas semakin meningkat dengan bertambahnya  waktu  perlakuan  NaOH.  Modulus elastisitas tertinggi dicapai oleh komposit dengan
perlakuan 6 jam sebesar 5,07 GPa, peningkatannya sekitar 32% dari komposit dengan 2 jam perlakuan NaOH.  Meningkatnya  modulus  elastisitas  ini dikarenakan  pengaruh  lama  waktu  perlakuan NaOH  di  mana  serat tapis kelapa  menjadi  getas dan rapuh sehingga kekuatan ikatan antara serat dan matriks tidak seimbang (Jamasri dkk, 2005). Dengan  meningkatnya  modulus  elastisitas  pada komposit poliester serat tapis kelapa menyebabkan komposit  tersebut  mempunyai  sifat  kaku ( stiffness ),  artinya  suatu  bahan  yang  memiliki modulus  elastisitas  tinggi  cenderung  mengalami deformasi  elastis  yang  sedikit  bila  mendapatkan beban (dalam batas elastiknya). Makin besar harga E maka semakin kaku.
Hasil Pengujian Lentur
Berdasarkan  hasil  uji  lentur  ( three  point bending )  dapat  diperoleh  grafik  perbandingan tegangan-regangan  lentur  dari  masing-masing komposit 2 jam, 4 jam, dan 6 jam perlakuan serat dengan  NaOH  dan  polyester  saja  sebagaimana tertera pada Gambar 4.
0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 Regangan (%) Tegangan Lentur (MPa) A =" Rat a-rat a 2 jam perlakuan" B =" Rat a-rat a 4 jam perlakuan" C=" Rat a-rat a 6 jam perlakuan" D=" Rat a-rat a t anpa serat " Linear (A =" Rat a-rat a 2 jam perlakuan" ) Linear (B =" Rat a-rat a 4 jam perlakuan" ) Linear (C=" Rat a-rat a 6 jam perlakuan" ) Linear (D=" Rat a-rat a t anpa serat " )
Gambar 4. Tegangan-regangan  lentur  komposit poliester/serat tapis kelapa
Berdasarkan  Tabel  2  dan  Gambar  4,  bahwa dengan  bertambahnya  waktu  perlakuan  NaOH,

## Tabel 2. Nilai Rata-rata Hasil Pengujian Lentur
Komposit dengan waktu Perlakuan Serat (Jam) Berat Serat Wf (gram) Fraksi Berat (%) Kekuatan Lentur σ L (MPa) Modulus bending Eb (GPa) Polyester Saja 2 jam 4 jam 6 jam 0 30
30 30
0 10
10 10 62,99 125,98 113,38 107,08 3,66 9,97 11,37 13,55
kekuatan  lentur  menurun  dan  modulus  bending meningkat  sangat  signifikan  (p  <  0,05).  Hal ini  terjadi  karena  dengan  bertambah  lamanya perendaman  maka  serat tapis  kelapa mengalami kerusakan pada lapisan permukaan sehingga serat menjadi rapuh dan berdampak pada menurunnya sifat  mekanis  serat  sehingga  kontribusi  terhadap komposit  menurun  pula,  jadi  perlakuan  2  jam NaOH  memiliki  kekuatan  lentur  tertinggi,  hasil penelitian  ini  sesuai  dengan  hasil  penelitian Jamasri (2005). Kekuatan lentur tertinggi (125,98 MPa)  dicapai  pada  komposit  dengan  perlakuan serat 2 jam, yaitu, karena hilangnya lapisan lignin pada  serat  yang  membuat  serat  menjadi  kasar sehingga  memiliki  ikatan  yang  seimbang  antara serat dengan matriksnya.
Modulus  lentur  komposit  polyester  serat tapis  kelapa orientasi  acak  semakin  meningkat seiring  dengan  bertambahnya  waktu  perlakuan NaOH,  nilai  tertinggi  diperoleh  oleh  komposit dengan 6 jam perlakuan NaOH sebesar 13,55 GPa, peningkatannya sekitar 35% dari komposit dengan 2 jam perlakuan NaOH.

## SIMPULAN
Dengan penambahan waktu perlakuan NaOH mengakibatkan  penurunan  kekuatan  tarik  dan kekuatan  lentur  komposit  poliester  serat tapis kelapa orientasi acak.
Kekuatan  dan  regangan  tarik  tertinggi  serta kekuatan  lentur  tertinggi  dicapai  oleh  komposit dengan 2 jam perlakuan NaOH yaitu masing-masing 58,8  Mpa,  1,30%  dan  125,98  MPa.  Sedangkan modulus  elastisitas  dan  lentur  tertinggi  dicapai oleh komposit dengan 6 jam perlakuan NaOH yaitu masing-masing 5.07 Gpa dan 13,55 GPa.
Komposit  serat tapis  kelapa dengan  tebal  3 mm  dapat  dibuat  dengan  teknik press  hand  lay- up menggunakan  maksimum  10%  fraksi  berat serat  (30  gram),  untuk  serat  dengan  diameter 0.04–1 mm dan panjang 10 mm.

## DAFTAR PUSTAKA
Astm American Society For Testing And Materials, Copyright © 2004, West Conshohocken, PA. All rights reserved.
Jamasri, Diharjo Kuncoro, Handiko G.W., 2005. Studi Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik Komposit Limbah Serat Sawit-Poliester. Prosiding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin IV, Universitas Udayana, Bali.
Kim, Y.J., 2005. Effect of Surface Treatment on The Mechanical Properties of Rice Straw Fiber . Thesis,
Chonbuk National University, Jeonju, Korea. Li, Yan, Yiu-Wing Mai, Lin Ye., 2000. Sisal Fibre and its Composites: a review of recent development. Composites Science and Technology 60, pp. 2037– 2055.
Mark J.E., 1996. Physical Properties of Polymer Handbook, AIP Press, n/NY.
Mwaikambo L., Ansell M., 2002. Chemical Modification of Hemp, Sisal Jute And Kapok Fibers By Alkalization. J Appl Polym Sci 84(12): 2222–34.
Oksman K., Skrifvars M., Selin J.F., 2003. Natural Fiber As Reinforcement In Polylactic Acid (PLA) Composite. Pothan, L.A, Sabu Thomas, G.Groeninckx, 2005. The role of fiber/matrix interactions on the dynamic mechanical properties of chemically modified banana fiberpolyester composites , Part A: Applied science and manufacturing, www Elsevier.com.
Sharifah H. Aziz, Martin Ansell, P., 2003. The Effect Of  Alkalization  And  Fiber  Alignment  On  The Mechanical And Thermal Properties Of Kenaf And Hemp Bast Fiber Composites: Part 1 – Polyester Resin Matrix. Composite Science And Technology 64: 1219–30.
Sharifah H. Aziz, Martin Ansell, P., 2003. The Effect Of  Alkalization  And  Fiber  Alignment  On  The Mechanical And Thermal Properties Of Kenaf And Hemp Bast Fiber Composites: Part 2 – Cashew Nut Shell Liquid Matrix, Composite Science And Technology 64: 1231–38.