PERLAKUAN SERAT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DAN PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER BUSA SERTA ANALISA HASIL UJI TARIK
Junkarnadi Sitorus 1 , Syahrul Abda 2 , M. Sabri 3 , Indra 4 , Ikhwansyah Isranuri 5 , Alfian Hamsi 6 1,2,3,4,5,6 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jl. Almamater Kampus USU, Medan 20155
Email : junkarnadi_pane@yahoo.com

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penelitian  perlakuan  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit,  pembuatan  spesimen komposit  polimer  busa  diperkuat  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  sebagai  pengisi  dengan menggunakan resin BTQN 157 Ex sebagai pengikat sesuai standar ASTM D638 dan diikuti uji tarik.  Dalam  penelitian  ini,  digunakan  komposisi  antara  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  : polyurethane  :  resin  :  katalis  sebesar  10:15:70:5  dengan  total  berat  200  gram.  Penelitian  ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik mekanik komposit polimer busa yang diperkuat serat alam,  dari  25  buah  spesimen  dalam  5  variasi  konsentrasi  serat  larutan  NaOH  1%-5%,  adalah Kekuatan tarik (MPa), regangan (%), dan modulus elastisitas (MPa).Hasil menunjukkan bahwa nilai rata-rata Kekuatan tarik, regangan, dan modulus elastisitas diperoleh C1 sebesar 9,48 MPa, 0,438%, dan 12,979 MPa. C2 sebesar 10,71 MPa, 0,438 %, dan 8,559 MPa. C3 sebesar 11,31 MPa,  0,92 %,  dan  12,446 MPa.  C4  sebesar  8,904  MPa,  0,29 %,  dan  39,962 MPa.  C5  sebesar 11,59  MPa,  0,59  %,  dan  32,038  MPa.  Berdasarkan  pengamatan  terhadap  permukaan  patahan dapat dikatakan bahwa karakteristik patahan komposit polimer busa yang diperkuat serat alam dipengaruhi oleh pengikat terhadap serat.
Kata  kunci:  Tandan  kosong  kelapa  sawit,  NaOH,  komposit  polimer  busa,  kekuatan  tarik, regangan, modulus elastisitas.

## 1. PENDAHULUAN
Penggunaan  polimer  busa  dan  komposit  dewasa  ini  semakin  meningkat  di  segala  bidang. Komposit  berpenguat  serat  banyak  diaplikasikan  pada  alat-alat  yang  membutuhkan  material  yang mempunyai dua perpaduan sifat dasar, yaitu kuat dan ringan. Pada saat ini komposit dengan material penyusun sintetis mulai beralih pada komposit dengan material penyusun dari bahan alami.
Banyak sekali fakta yang menunjukkan makin meningkatnya prospek pengembangan polimer busa  komposit  serat  alam.  Beberapa  kelebihan  serat  alam,  yaitu  serat  alam  sangat  mudah  diperoleh terutama di daerah tropis, budidaya serat alam mudah, usia panen relatif pendek, penanamannya dapat dilakukan  di  lahan  marjinal,  teknologi  untuk  pengolahannya  sangat  sederhana,  tingkat sustainabilitasnya sangat tinggi.
Beberapa  penelitian  yang  telah  berhasil  mengembangkan  serat  alam  sebagai  penguat.  Serat alam yang direaksikan dengan matriks poliester resin tak jenuh akan meningkatkan kestabilan dimensi dan  kekakuannya.  Karakteristik  mekanik  serat  alam  dipengaruhi  oleh  tegangan  tarik,  modulus elastisitas, regangan dan panjang serat. Tegangan tarik, modulus elastisitas, dan regangan untuk serat TKKS telah diamati sebesar 71 MPa, 1,7 GPa dan 11%. Persentase serat alam sebagai penguat pada resin  BTQN  157  Ex  dapat  mencapai  10  s.d.  30%  dan  meningkatkan  modulus  elastisitas  komposit. Berdasarkan  beberapa  penelitian  tersebut  belum  dilakukan  penyelidikan  karakteristik  mekanik terhadap polimer busa yang diperkuat serat TKKS. Oleh karena itu, di dalam penelitian ini dilakukan penyelidikan karakteristik mekanik  material komposit polimer busa, yaitu resin BTQN 157 Ex yang diperkuat serat TKKS.
Tujuan  penelitian  ini  adalah  mengetahui  karakteristik  sifat  fisis  dan  mekanis  spesimen  uji tarik polimer busa yang diperkuat serat TKKS. Karakteristik yang hendak didapatkan adalah tegangan
tarik, modulus elastisitas, regangan serta kerapatan. Karakteristik tersebut diperoleh melalui pengujian tarik statik.

## 2. METODE

## 2.1. Alat
Beberapa  peralatan  yang  digunakan  di  dalam  penelitian  ini  adalah  cawan  pencampur, pengaduk,  pipet  tetes,  penyaring  serat,  mesin  penghalus  serat,  timbangan  digital  dan  cetakan spesimen.
Media  pencampur  berfungsi  sebagai  tempat  untuk  mencampur  beberapa  bahan  penyusun komposit polimer busa. Media pencampur yang digunakan adalah berupa cawan pencampur. Bahan- bahan penyusun komposit polimer busa dicampur hingga merata dengan cara diaduk di dalam sebuah cawan.  Pengaduk  berbentuk  batang  gelas  dengan  salah  satu  ujung  berbentuk  bulat  sedangkan  ujung yang lain berbentuk pipih.
Agar serat TKKS yang dihasilkan halus maka serat TKKS harus disaring. Untuk menyaring serat TKKS dibutuhkan alat penyaring sehingga dihasilkan serat dengan ukuran panjang 1 mm s/d 5 mm.  Cetakan  spesimen  uji  tarik  statik  dibuat  berdasarkan  standar  ASTM  D-638  seperti  yang ditunjukkan pada Gambar. 1.
Gambar 1. Cetakan spesimen uji tarik

## 2.2. Bahan
Serat  yang  digunakan  sebagai  penguat  adalah  serat  TKKS  yang  telah  dihaluskan  seperti ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Ukuran  diameter  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  cukup  bervariasi. Diameter serat tunggal tandan kosong kelapa sawit berkisar antara 250 μm s.d.610 μm.
Natrium  hidroksida  murni  berbentuk  putih  padat  dan  tersedia  dalam  bentuk  pelet,  serpihan, butiran  ataupun  larutan  jenuh  50%.  Ia  bersifat  lembab  cair  dan  secara  spontan  menyerap karbondioksida dari udara bebas seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Polyol  dan  Isocyanate  merupakan  bahan  pembentuk  rongga,  dimana  apabila  kedua  bahan tersebut  telah  tercampur    terjadi  proses  polimerisasi  yang  disebut  dengan  polyurethane  seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 2. Serat TKKS

## Gambar 3. Butiran NaOH

## Gambar 4. Polyol dan Isocyanate
Matriks yang digunakan adalah resin termoset tak jenuh . Jenis resin termoset tak jenuh yang digunakan adalah 157 BQTN-Ex. Material ini tergolong polimer yang memiliki sifat dapat mengeras pada  suhu  kamar  dengan  penggunaan  katalis  tanpa  pemberian  tekanan  ketika  proses  pencetakannya menjadi suatu peralatan tertentu. Massa jenis, kekuatan tarik, dan modulus elastisitas resin jenis 157 BQTN-Ex adalah 1215 kg/m3, 55MPa, dan 3000 MPa.
Katalis  merupakan  bahan  kimia  yang  digunakan  untuk  mempercepat  proses  pengerasan struktur komposit pada kondisi suhu kamar pada kondisi udara terbuka. Jenis katalis yang digunakan adalah metil etil keton peroxida (MEKPO).
Zat  pembersih  sisa-sisa  campuran  bahan  yang  melekat  di  cawan,  gelas  ukur,  dan  pengaduk yang  digunakan  adalah aseton. Bahan  pelapis  permukaan  cetakan  yang  digunakan  adalah wax.  Wax dioleskan di seluruh permukaan cetakan agar spesimen yang telah mengeras dapat dilepaskan dengan mudah dari cetakan.

## 2.3. Alat Ukur
Alat  ukur  yang  digunakan  adalah  alat  ukur  massa  dan  volume.  Massa  matriks,  serat,  dan katalis diukur dengan menggunakan timbangan digital dalam satuan gram. Gelas ukur yang digunakan untuk mengukur volume matriks adalah gelas ukur dengan kapasitas 250 ml.

## 2.4. Alat Uji
Uji  tarik  spesimen  dilakukan  dengan  menggunakan  mesin  uji  tarik  khusus  untuk  material polimer dan komposit. Mesin uji tarik yang digunakan adalah alat uji tarik universal testing machine. Spesifikasi mesin uji tarik yang digunakan adalah: - Tipe : SC-2DE - Capacity : 5000 kgf - MFG. No. : 6079

## 2.5. Pengolahan Serat

## 2.6. Pencetakan Spesimen
Cetakan  spesimen  dibersihkan  dari  kotoran  yang  mengganggu  lalu  oleskan  permukaan cetakan dengan wax . Masukkan serat yang telah halus ke dalam cawan yang telah berisi resin. Setiap serat  dimasukkan  ke  dalam  wadah  yang  berbeda.  Aduk  campuran  resin  dan  serat  hingga  merata. Setelah campuran tersebut rata, tambahkan larutan MEKPO sebanyak 5% dari volume resin ke dalam campuran tersebut, yaitu 5% x 200 gr = 10 gr. Masukkan campuran ke dalam cetakan dengan merata dan  biarkan  campuran  mengeras  selama  24  jam.  Setelah  mengeras  spesimen  dapat  dilepaskan  dari cetakan.  Spesimen  uji  tarik  dibentuk  berdasarkan  standar  ASTM  D-638,  seperti  yang  ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Geometri spesimen uji tarik (berdasarkan spesimen D638)
Gambar 6. Spesimen uji tarik yang telah dicetak
Setelah  seluruh  proses  pembuatan  selesai  dilakukan,  seluruh  alat  yang  telah  terkontaminasi dengan campuran komposit polimer dibersihkan dengan larutan aseton . Spesimen uji tarik yang telah dicetak ditunjukkan pada Gambar 6.

## 2.7. Proses Pengujian Spesimen
Proses selanjutnya adalah pengujian spesimen untuk memperoleh karakteristik sifat fisis dan mekanik  spesimen  uji.  Untuk  memperoleh  karakteristik  sifat  fisis  dan  mekanik  spesimen  tersebut dilakukan pengujian tarik statik dengan menggunakan mesin uji tarik komposit. Pengujian dilakukan di Laboratorium Pengujian P.T. Growth Sumatera Industry Ltd (Steel Mills).

## 3. HASIL

## 3.1. Kerapatan
Besar  massa  jenis  rata-rata  setiap  spesimen  uji  dengan  persentase  larutan  NaOH  pada  serat yang berbeda cukup bervariasi. Untuk material komposit polimer busa dengan kadar NaOH pada serat sebesar 2% (pada spesimen C2) diperoleh massa jenis rata-rata sebesar 0.03225 gr/cm 3 .
Gambar 7. Grafik nilai kerapatan

## 3.2. Tegangan Tarik
Dari  hasil  penelitian  ini  tegangan  tarik yang  diperoleh  dimana  nilai  rata-rata  tertinggi  pada spesimen  C5  (persentase  larutan  NaOH  5%  pada  serat)  sebesar  1.182  kgf/mm 2 .  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa semakin besar persentase larutan NaOH pada serat TKKS maka nilai kuat tarik pada spesimen uji semakin tinggi.
0.03525 0.03225 0.04126 0.03846 0.04166 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 1% 2% 3% 4% 5% ker apat an (g r/cm 3) Persentase larutan NaOH pada serat

## Gambar 8. Grafik nilai tegangan tarik

## 3.3. Regangan
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  nilai  rata-rata  regangan  spesimen  uji  tarik  yang dihasilkan  berkisar  antara  0,0,438%  sampai  dengan  0,586%,  nilai  rata-rata  regangan  terendah  pada spesimen uji tarik C4 (persentase larutan NaOH 4% pada serat) yaitu 0.29 % dan yang tertinggi pada spesimen uji tarik C2 (persentase larutan NaOH 2% pada serat).
Gambar 9. Grafik nilai regangan

## 3.4. Modulus Elastisitas
Hasil pengujian menunjukkan nilai rata-rata modulus elastisitas yang terendah terdapat pada spesimen uji tarik C2 yaitu sebesar 0,875 kgf/mm 2 sedangkan yang tertinggi pada spesimen uji tarik C4 yaitu sebesar 4,0818 kgf/mm 2 .
Gambar 10. Grafik  modulus elastisitas
Tegangan tarik statik diperoleh dari pengujian tarik. Awalnya, pengujian tarik menghasilkan kurva  beban  ( F )  terhadap  pertambahan  panjang  (Δl).  Setelah  beban  dibagi  dengan  luas  penampang (A)  spesimen  uji  tarik  yang  patah  dan  pertambahan  panjang  dibagi  dengan  panjang  mula-mula  (lo) maka  diperoleh  kurva  tegangan  (σ)  terhadap  regangan  (ε)  teknik.  Kurva  σ-ε  untuk  masing-masing komposit polimer busa dengan variasi NaOH yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 7.
Berdasarkan  Gambar  8  dapat  diketahui  bahwa  tegangan  tarik  statik  yang  direspon  oleh komposit  polimer  busa  dengan  penguat  serat  variasi  larutan  NaOH  5% lebih tinggi.  Kecenderungan ini  dapat  meningkatkan  ikatan  antar  muka  serat  terhadap  matriks.  Ikatan  tersebut  dapat mempertahankan susunan rantai polimer busa jika diberikan pembebanan tertentu.
1,046 1,092 1,154 0,908 1,182 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1% 2% 3% 4% 5% kua t t ari k (kgf/m m 2 ) persentase larutan NaOH pada serat 0,438 1,552 0,92 0,29 0,586 0 0,5 1 1,5 2 1% 2% 3% 4% 5% re gangan (% ) persentase larutan NaOH pada serat 1,604 0,875 1,268 4,0818 3,254 0 1 2 3 4 5 1% 2% 3% 4% 5% m odul us e lasti si tas (k gf/m m 2 )
persentase larutan NaOH pada serat

## 4. KESIMPULAN
Secara  umum,  material  yang  menjadi  subjek  dalam  penelitian  ini  disebut  komposit  polimer busa  yang  diperkuat  serat  alam  yaitu  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  digunakan  sebagai  penguat terhadap  polimer  busa.  Komposit  polimer  busa  yang  diperkuat  serat  TKKS  tersebut  telah  diketahui karakteristik  sifat  fisis  dan  sifat  mekaniknya  melalui  pengujian  tarik  statik.  Massa  jenis  komposit polimer  busa  dengan  persentase  larutan  NaOH  pada  serat  sebesar  2%  memiliki  nilai  kerapatan terendah.  Komposit  polimer  busa  dengan  persentase  larutan  NaOH  pada  serat  sebesar  5%  memiliki nilai tegangan tarik tertinggi dan Komposit polimer busa dengan persentase larutan NaOH pada serat sebesar  4%  memiliki  nilai  modulus  elastisitas  tertinggi.  Permukaan  patahan  spesimen  sangat dipengaruhi  oleh  perbandingan  ukuran  panjang  dengan  diameter  serat.  Semakin  kecil  ukuran  serat maka  kemampuan  serat  untuk  berikatan  dengan  resin  akan  semakin  besar  sehingga  meningkatkan ikatan antar muka serat dengan matriks.

## 5. SARAN
Dari  hasil  kesimpulan  yang  didapat,  untuk  itu  saya  selaku  menganalisa  ingin  menyarankan kepada pembaca antara lain:
1. Untuk mengoptimalkan material polymeric foam yang diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit perlu  diketahui  karakteristik  material  penyusunnya  atau  komposisi  bahan  yang  diperlukan  agar mendapat hasil yang signifikan dan sempurna nantinya.
2. Dalam  pembuatan  spesimen,  ukuran  dan  bentuk  spesimen  sangat  diperhatikan  sesuai  standar ASTM D-638.
3. Hasil  skripsi  ini  dapat  dijadikan  sebagai  rujukan  bagi  penelitian  berikutnya.  Dari  hasil  analisa disarankan  agar  tandan  kosong  kelapa  sawit  yang  telah  menjadi  limbah  dimanfaatkan  secara optimal untuk dijadikan sebagai produk komposit karena material komposit tandan kosong kelapa sawit ini mempunyai kelebihan yaitu dengan meningkatnya keteguhan rekat, berkekuatan tinggi, dan  kuat.  Penelitian  mengenai  penggunaan  komposit  serat  tandan  kosong  kelapa  sawit  ini diharapkan  dapat  menjadi  acuan  dan  alternatif  baru  dalam  suatu  pembuatan  produk  komposit yang  akan  datang  bagi  penelitian  berikutnya.  Dan  buatmaterial  yang  berbeda  tetapi  tetap samabahan nya, supayah lebih akurat mencarimana yang layak untuk di gunakan.
Dalam  proses  pembuatan  spesimen  material  komposit polymeric  foam ini,  untuk  mendapatkan hasil yang maksimal sebaiknya pada proses pengadukan agar lebih diperhatikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].   Astuti,  H  &  Budhayanti,  S.G.A.M  (2004). Pengaruh  Komposisi  Polyol  terhadap  Propertidan Struktur Foam Fleksibel Polyurethane . Tesis, Institute Teknologi Surabaya [2]. Callister  Jr,  W.D.  (1994). Material  science  and  engineering  :  An Introduction .  New  York, University of Michigan
[3]. Hartomo, A.J. (1993). Dasar–dasar profesi politeknik pemrosesan polimer praktis . Yogyakarta : Erlangga.
Http://books.google.co.id/books.polymeric+foams&source . http://www.matbase.com/material/polymers/commodity/ldpe/properties
[4]. Khairiah, B, Khairul, A.M.A. (2006, April). Biocomposites from Oil Palm Resources . Journal of Oil Palm Research, pp. 103-113
[5]. Klempner,  D  &  Sendijarevic,  V.  (2004). Polymeric  Foams  and  Foam  Technology . Journal  of Carl Hanser Verlag, p.584
[6]. Kumar,  V.  (2005). Phenomenology  of  Bubble  Nucleation  in  the  Solid  State  Nitrogen- Polystyrene  Microcellular  Foams .  International  Journal  of  Colloids  and  Surface  A: Physicochem. Eng. Aspects 263, pp. 336-340 [7]. Liu,  G.R.  dan  Quek,  S.S.  (2003). The  Finite  Element  Method:  A  Practical  Course. London  : Elsevier Science Ltd
[8]. Nash, William (1998). Strength of Materials. Schaum’s Outlines
[9]. Nuryanto,  E,  (2000). Pemanfaatan  Tandan  Kosong  Kelapa  Sawit  Sebagai  Sumber  Bahan Kimia . Medan : Warta PPKS 8(3), pp. 137-144 [10].  Schwartz, M.M. (1984). Composite Material Handbook . Book Company :Mc. Graw Hill [11].  Subiyanto, B, Subyakto, Sudijono, Gopar, M, & Munawar, S.S. (2003). Pemanfaatan Limbah Tandan Kosong dari Industri Pengolahan Kelapa Sawit untuk Papan Partikel dengan Perekat Penol Formaldehida . Jurnal UPT Litbang Biomaterial, LIPI
[12].  Wang,  D.-A  dan  Pan  J.  (2006). A  Non  Quadratic  Yield  Function  for  Polymeric  Foam . International Journal of Plasticity 22, pp. 434-458
[13].  Zuhri,  M.M.Y,  Salit,  M.S.,  Ismail,  N.  (2009). Tensile  Properties  of  Single  Oil  Palm  Empty Fruit Bunch Fibre . Sains Malaysiana 38(4), pp. 525-529