Journal of Mechanical Design and Testing 3(1), (2021), 20-28 DOI: http://dx.doi.org/10.22146/jmdt.v3i1.57205 e-ISSN: 2685-8029, ISSN: 2716-1293

## Pengaruh Curing Time Terhadap Sifat Mekanis Komposit
Epoxy/Carbon Fiber dan Epoxy/ Glass Fiber dengan Metode Manufaktur Bladder Compression Moulding
M. I. Putra * dan G. Nugroho
Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. Jl. Grafika No.2, Kompleks UGM, Yogyakarta 55281, Indonesia, Telp. (0274) 521673 e-mail: bungidris010@gmail.com

## Abstrak
Material komposit banyak diminati karena memiliki keunggulan yang dibutuhkan dalam bidang engineering . Metode manufaktur komposit secara umum terbagi dua yaitu metode cetakan terbuka (open  mould) dan  metode  cetakan  tertutup (close  mould) . Bladder  compression  moulding merupakan metode manufaktur komposit cetakan tertutup yang mengaplikasikan tekanan dan pemanasan dalam  kerjanya.  Tujuan  penelitian  ini  untuk  memperoleh  waktu  optimum  pada  manufaktur komposit dengan metode bladder compression moulding serta mempelajari pengaruh variasi curing time terhadap sifat mekanis produk komposit yang dihasilkan. Penelitian ini menggunakan dua jenis material serat yaitu serat karbon dan serat gelas. Sebanyak 6 lapis Serat karbon dan 6 lapis serat gelas dibentuk dalam sebuah cetakan (mould) dengan resin epoksi sebagai matriksnya pada tekanan 7 Bar dan temperatur 120°C dengan variasi curing time 10 menit sampai dengan 70 menit dengan kenaikan tiap 10 menit. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa kekuatan tertinggi komposit epoksi/serat karbon yaitu pada curing time 40 menit (351MPa) dan komposit epoksi/serat gelas diperoleh  pada curing  time 30  menit  (279  MPa).  Kesimpulan  penelitian  yaitu  produktifitas komposit  dapat  dimaksimalkan  dengan  diperolehnya  waktu  optimum  pada  pembentukan komposit dengan metode bladder compression moulding .
Kata kunci : Bladder compression moulding, sifat mekanis, epoksi/serat karbon, epoksi/serat gelas.

## Abstract
Composoite material has many advantages was needed in engineering. Generally, composite manufacturing are divided in two methods, openmould and close mouldsystems. Bladder compression moulding is a method of close mould composite manufacturing involves pressure and heating system in the process. The purpose of this study is to obtain the optimum time in composite manufacturing using bladder compression molding method and to study the effect of curing time variations on the mechanical properties of composite products produced at 7 KPa and 120° C. This study uses two types of fiber, namely carbon fiber and glass fiber. Total of 6 layers  carbon fiber and  6 layers glass fiber were formed in a mold which epoxy resin is the matrix with variations of holding time at 10 to 70 minutes with curing variations every 10 minutes. Tensile test results showed that the highest strength of carbon fiber / epoxy composites was at a curing time of 40 minutes (351MPa) and glass fiber/epoxy obtained at a curing  time of 30 minutes (279 MPa). The conclusion of this study was that the productivity of composite manufacturing can be maximized with optimum time for composite forming by bladder compression moulding method .
Keywords : Bladder compression moulding, mechanical properties, carbon fiber/epoxy, glass fiber/ epoxy.

## 1. PENDAHULUAN
Komposit  merupakan  material  yang  tersusun  dari  dua  material  atau  lebih  yang  secara spesifik  memiliki  sifat  mekanik  yang  berbeda  dan  tidak  saling  melarutkan  sehingga  saat digabungkan masih dapat dibedakan secara makroskopik dan akan membentuk material yang mewakili  material  penyusunnya.  Karakteristik  setiap  bahan  penyusun  akan  mempengaruhi karakter komposit yang dibentuk. Perkembangan ruang lingkup komposit saat ini merangkum hampir semua bahan engineering termasuk plastik, logam, keramik, kopolimer dan lain-lain (Jones, 1999).
Komposit  memiliki  beberapa  keunggulan  diantaranya  ringan,  kuat  dan  tahan  korosi. Komposit  banyak  diminati  karena  sifatnya  yang  mampu  menjawab  kebutuhan  masyarakat modern  yaitu  kuat  namun  tetap  ringan.  Pesatnya  perkembangan  dalam  bidang  material  dan manufaktur menjadikan komposit mampu digunakan dalam beragam aplikasi seperti struktur pesawat terbang dan otomotif yang memerlukan bahan-bahan ringan namun tetap kuat (Mallick, 2007).
Metode pembentukan komposit yang umum ditemui diantaranya adalah hand lay up , spray lay  up , vacuum  baging , Resin  transfer  moulding dan  lain-lain.  Jenis  perlakuan  dalam  proses pembentukan  komposit  pada  umumnya  melibatkan  pemanasan  dan  penekanan. Bladder compression  moulding merupakan  metode  pembentukan  komposit  yang  masih  tergolong  baru namun  efektif  dalam  pembentukan  komposit  karena  dapat  membuat  produk  berongga  dan kontur  tertutup  lainnya.  Kualitas  produk  komposit  yang  dibentuk  dengan bladder  compression moulding sangat dipengaruhi oleh tiga variabel yaitu besarnya tekanan ( pressure ), suhu ( temperature ), dan waktu ( time ) (Anderson & Altan, 2012).
Ismadi (2018) meneliti pengaruh tekanan pada pembentukan komposit epoksi/serat karbon menggunakan  metode bladder  compression  moulding dengan curing  time selama  12  jam  .  Hasil penelitian menunjukkan bahwa tekanan optimum yang dapat dijadikan referensi dalam proses pembentukan komposit dengan metode bladder compression molding adalah 7 Bar. Penelitian lain menjelaskan bahwa temperatur optimum pada pembentukan komposit dengan metode bladder compression molding adalah 120°C dengan curing time selama 60 menit (Setyoko, 2018). Komposit epoksi/serat karbon maupun komposit epoksi/serat gelas yang dihasilkan menggunakan sistem pemanas  rata-rata  memiliki  kinerja  mekanis  yang  lebih  tinggi  dibandingkan  komposit  yang dibentuk pada room temperature (Singh dkk, 2018).
Curing time merupakan salah satu parameter penting yang perlu diperhatikan dalam proses manufaktur komposit karena curing yang tidak sempurna atau terlalu cepat dapat mengakibatkan berkurangnya  ketahanan  termal,  transisi  temperatur,  ketahanan  lembab,  ketahanan  fatik, kekuatan matriks, sifat-sifat kekakuan dan curing time yang terlalu lama tidak menguntungkan dalam sebuah proses manufaktur (Mazumdar, 2002).
Belum ada informasi spesifik tentang curing time optimum yang dapat dijadikan acuan pada pembentukan komposit dengan metode bladder compression moulding . Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk memperoleh waktu optimum pada pembentukan komposit dengan metode bladder compression moulding menggunakan sistem pemanas internal serta mengetahui pengaruh variasi curing time terhadap sifat mekanis khususnya kekuatan tarik dari produk komposit yang dihasilkan dengan metode bladder compression moulding .

## 2. METODE PENELITIAN
Bladder compression moulding merupakan proses pembentukan komposit dengan menggunakan bladder di dalam cetakan tertutup. Cetakan berfungsi memberi bentuk akhir pada bagian luar produk  dan  umumnya  terbuat  dari  bahan  logam.  Sedangkan bladder berfungsi  meneruskan
tekanan yang diterima dari kompressor ke sisi dalam untuk memadatkan bahan komposit selama proses curing . Bladder dibuat  menyerupai  bentuk  produk  komposit.  Pembuatan bladder dapat dilakukan dengan memanfaatkan cetakan menggunakan female mould . Bladder dapat terbuat dari bahan lateks atau silicon rubber . Berbeda dengan bladder moulding konvensional yang mana proses curing sering dipanaskan menggunakan sumber panas eksternal seperti oven, bladder compression moulding menggunakan sistem pemanasan internal dalam mould . Selain itu, kelebihan metode ini yaitu mampu menahan tekanan tinggi sehingga menghasilkan komposit yang kuat dengan fraksi serat tinggi (Anderson & Altan, 2014). Penggunaan sistem pemanas internal pada metode bladder compression  moulding memiliki  nilai  efektifitas  yang  lebih  baik  dalam  hal  konsumsi  energi dibandingkan sistem pemanasan eksternal (Budi, 2020).
Jenis serat yang digunakan pada penelitian ini adalah serat karbon woven roving (WR 240) dan serat gelas woven roving (WR 200) sebagai penguat serta resin epoksi tipe Bisphenol A-Epichlorohydrin dengan hardener jenis epoxy hardener EPH  555 tipe Cycloalipathic  Anine sebagai  matriks  dengan perbandingan resin dan hardener yang digunakan yaitu 1: 1. Serat penguat komposit ditunjukkan pada Gambar 1.
(a) (b)
Gambar 1. (a). Serat karbon (b). Serat gelas
Manufaktur komposit dilakukan dengan metode bladder compression moulding menggunakan sistem pemanasan dan penekanan dalam proses kerjanya. Cetakan komposit yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari bahan Alumunium seri 6 yang tardiri dari dua bagian dengan dimensi total saat tertutup 322 mm x 240 mm x 80 mm. Pada setiap mould juga dibuat ruang untuk pemanas dan thermocontrol system sebagai pengatur temperatur . Jenis bladder yang digunakan adalah sintetic rubber dengan ekspansi total 30%. Mould dan bladder yang digunkan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 2.
(a) (b)
Gambar 2. (a). Cetakan (b). Bladder
Produk komposit pada penelitian ini dihasilkan dari masing-masing 6 lapis serat karbon dan 6 lapis serat gelas pada takanan 7 Bar dan temperatur 120ºC dengan curing time 10 menit hingga 70 menit dengan variasi curing time tiap 10 menit. Seluruh  alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini dirangkai dalam suatu eksperimental setup seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Experimental Set up
Proses pembuatan produk komposit dengan metode bladder compression moulding dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
Pertama, Permukaan cavity dibasahi dengan release gel , kemudian dioleskan resin epoksi yang telah dicampurkan dengan hardener pada masing-masing cavity mould . Satu lapis serat karbon woven diletakkan pada salah satu cavity ( mould atas) dan satu lapis serat gelas pada bagian cavity yang lain ( mould bawah). lalu oleskan kembali resin epoksi di atas lembaran serat karbon dan serat gelas. Proses diulangi hingga lapisan serat karbon dan lapisan serat gelas berjumlah masing-masing 6 lapis.
Kedua, bladder diletakkan di atas bahan komposit pada cetakan bawah dan bagian mould yang lain  di  cetakan  atas  lalu mould ditutup.  tekanan bladder dinaikkan  hingga  7  Bar  lalu mould dipanaskan hingga mencapai temperatur 120ºC. Pada tekanan dan temperatur ini (7 Bar, 120ºC) ditahan selama 10 menit. Setelah itu pemanasan dihentikan dan mould didinginkan serta tekanan bladder diturunkan  dan  produk  komposit  dapat  dilepas  dari mould .  Langkah  sebelumnya  juga dilakukan untuk variasi curing time yang lain pada 20 menit hingga 70 menit.
Produk  komposit  yang  dihasilkan  kemudian  dipotong  dalam  bentuk  spesimen  uji  tarik untuk mengetahui kekuatan tarik material. Standar uji tarik yang digunakan yaitu ASTM D-638 type III dengan dimensi panjang total 165 mm dan lebar 19 mm. Spesimen uji tarik komposit ditunjukkan pada Gambar 4.

## Gambar 4. Spesimen uji tarik ASTM D-638

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kekuatan  tarik  komposit  yang  dihasilkan  diuji  dengan  mengikuti standard  ASTM D-638 (ASM  Handbook,  2000).  Pengujian  tarik  menggunakan universal  testing  machine (UTM)  merk Zwick/Roll dengan kapasitas 20 KN seperti pada Gambar 5.
Gambar 5. Universal Testing Machine (UTM) merk Zwick/Roll
Hasil  pengujian tarik material  komposit  epoksi/serat  karbon dan  komposit  epoksi/serat gelas diperoleh hasil berupa gaya yang dibutuhkan, kekuatan tarik dan modulus tarik seperti pada tabel 1.

## Tabel 1. Data Hasil Pengujian Tarik Komposit
Komposit Epoksi/Serat Karbon No Time Force σM E t h b A0 [min] [N] [MPa]  [MPa]  [mm]  [mm]  [mm 2 ] 1 10 3976,95  214 4000 1.3 14.17  18.89 2 20 5447,90  268 5680 1.4 13.4 20.33 3 30 5453,44  316 6920 1.31 13.13  17.29 4 40 5975,92  351 6860 1.26 13.4 17.02 5 50 6098,33  308 4860 1.3 13.5 18.11 6 60 5753,33  303 7400 1.3 13.5 19.02 7 70 5904,15  315 6390 1,3 13,7 20,1 Komposit Epoksi/Serat Gelas No  Time  Force σM E t h b A0
[min] [N] [MPa]  [MPa]  [mm]  [mm]  [mm 2 ] 1 10 2960,14  213 3690 1,2 13,61  13.88 2 20 3472,21  245 4180 1,04 13,56  14.19 3 30 3769,39  279 4360 1,0 13,66  13.53 4 40 3834,04  273 4530 1,02 13,75  14.03 5 50 3786,77  267 4442 1,02 13,85  14.22 6 60 3872,80  262 4613 1,04 13,83  14.25 7 70 3758,18  266 4400 1,04 13,95  14,81
Hasil pengujian tarik menunjukkan kekuatan komposit epoksi/serat karbon meningkat dari curing time 10 menit (214 MPa) hingga mencapai nilai kekuatan tarik tertinggi pada 40 menit (351 MPa) dengan modulus tarik 6860 MPa. Meningkatnya nilai kekuatan tarik karena dipengaruhi oleh  perilaku  ikatan  antar  muka  resin  dan  serat  pada  setiap  variasi curing  time yang  semakin meningkat.  Pemanasan  pada  temperatur  proses  120ºC  memudahkan  mobilisasi  resin  dalam laminasi serat dan menjadikan semakin banyak ikatan silang (crosslinking) yang terjadi. Semakin banyak ikatan silang ( crosslinking ) maka kekuatan tarik komposit akan semakin meningkat (Singh dkk, 2018). Kemudian pada curing time berikutnya kekuatan tarik cenderung konstan (308 MPa) pada waktu tahan 50 menit dan 60 menit (303 MPa) dengan modulus tarik 7400 MPa. Pengujian tarik pada komposit epoksi/serat gelas juga menunjukkan peningkatan kekuatan tarik dari curing time 10 menit (213 MPa) dan 20 menit (245 MPa) hingga mencapai kekuatan tarik tertinggi pada 30  menit  (279  MPa)  dengan  modulus  tarik  4360  MPa.  Setelah  itu  kekuatan  tarik  komposit epoksi/serat  gelas  juga  menunjukkan  tren  yang  sama  dengan  komposit  epoksi/serat  karbon dimana kekuatan tarik cenderung konstan dengan nilai kekuatan tarik 267 MPa.
Nilai kekuatan tarik yang tidak mengalami perubahan signifikan setelah curing time 30 hingga 70 menit memberikan petunjuk bahwa pada curing time 30 menit, matriks telah mengalami fase final  cure ,  yaitu  keadaan  dimana  campuran  resin  dan hardener telah  mengalami  solidifikasi sempurna  sehingga  lamanya  waktu  penekanan  dengan  temperatur  yang  sama  tidak  lagi memberikan pengaruh terhadap kekuatan tarik komposit. Hasil penelitian ini juga didukung oleh (Kwak  dkk,  2015),  yang  memanfaatkan  sistem  pemanasan  eksternal  pada  pembentukan komposit epoksi/serat karbon dimana nilai kekuatan tarik komposit yang dihasilkan cenderung konstan setelah curing time 30 menit. Berdasarkan hasil yang dilaporkan oleh setyoko, penelitian ini  dapat  mengoptimalkan  waktu  pembentukan  komposit  khususnya  pada  metode bladder compression moulding hingga 50% curing time .
Hubungan  kekuatan  tarik  dan  variasi curing  time ditunjukkan  pada  Gambar  6.  Adapun hubungan  modulus  tarik  dan  variasi curing  time juga  menunjukkan  modulus  tarik  komposit epoksi/serat karbon rata-rata lebih tinggi dibanding komposit epoksi/serat gelas pada semua variasi curing time seperti pada Gambar 7.
Gambar 6. Hubungan kekuatan tarik (MPa) dan variasi curing time (menit).
Gambar 7. Hubungan Modulus tarik (MPa) dan variasi curing time (menit)
Selanjutnya, dilakukan pengujian porositas untuk mengetahui pengaruh curing time terhadap porositas serta hubungannya dengan kekuatan tarik komposit. Porositas dapat diakibatkan oleh udara yang terperangkap saat proses hand lay up dan tidak berhasil keluar dari laminasi selama proses pembentukan komposit.
Hasil  pengujian  porositas  menunjukkan  bahwa  pada  komposit  epoksi/serat  karbon porositas menurun dari curing time 10 menit (2,1%) menjadi 1,83% pada curing time 30 menit. Selanjutnya nilai porositas tidak mengalami perubahan yang signifikan hingga curing time 70 menit dengan  nilai  porositas  rata-rata  1,8%.  Adapun  pada  komposit  epoksi/serat  gelas,  porositas cenderung  menurun  dari curing  time 10  hingga  70  menit.  porositas  tertinggi  komposit epoksi/serat gelas pada curing time 10 menit (1,83%). Porositas komposit yang dihasilkan pada pembentukan  komposit  dengan  metode bladder  compression  molding pada  tekanan  7  Bar  dan temperatur  120ºC  lebih  rendah  jika  dibandingkan  dengan  metode compression dengan  sistem pemanasan  eksternal  menggunakan  oven  yaitu  2,97%  -  3,8%  (Diptikanta  dkk,  2019).  Hasil pengujian porositas menunjukkan hubungan porositas dengan kekuatan tarik komposit yaitu semakin rendah porositas komposit maka kekuatan tarik semakin meningkat.
Grafik hubungan porositas komposit dan variasi curing time pada pembentukan komposit dengan temperatur 120ºC ditampilkan pada Gambar 8
0 100 200 300 400 500 0 20 40 60 80 T ens ile St rengt h (M P a) Curing Time (Min) Carbon Fiber Glass Fiber 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 20 40 60 80 T ens ile M od ul us (M P a) Curing Time (Min) Carbon Fiber
Glass Fiber
Gambar 8. Hubungan Porositas (%) dan variasi curing time (menit)

## 4. KESIMPULAN
Beberapa poin yang dapat disimpulkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Kekuatan  tarik  tertinggi  komposit  epoksi/serat  karbon  diperoleh pada curing  time 40 menit (351 MPa) dan pada curing time 30 menit komposit epoksi/serat gelas dengan nilai kekuatan tarik 279 MPa).
2. Waktu  optimum  pada  pembentukan  komposit  epoksi/  serat  karbon  dan  komposit epoksi/serat gelas dengan metode bladder compression moulding pada temperatur 120ºC dan tekanan 7 Bar yaitu 30 menit.
3. Pemanasan  dan  penekanan  diatas  waktu  optimum  tidak  memberikan  pengaruh signifikan  terhadap  kekuatan  tarik  komposit  sehingga  tidak  menguntungkan  dalam suatu proses manufaktur.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Anderson,  J.  &  Altan,  M.  C.,  2014,  Bladder  Assisted  Composite  Manufacturing  (BACM):
Challenges and Opportunities, Polymer Processing Society Europe-Africa Conference, 134, hal 2-13.
Anderson,  J.,  &  Altan,  M.  2012,  Properties  of  Composite  Cylinders  Fabricated  by  Bladder Assisted Composite Manufacturing, Journal of Engineering Materials and Technology 134, hal 1-7.
Antonius  Dwi  Setyoko,  2018,  Pengaruh  Temperatur  Curing  Terhadap  Sifat  Mekanik  Pada Manufaktur  Komposit  Serat  Karbon/Epoksi  dengan  Metoda  Pembentukan  Bladder Compression  Moulding,  Tesis,  Program  Pasca  Sarjana  Teknik  Mesin,  Univ.  Gadjah Mada, Yogyakarta.
ASM Handbook, 2000, Mechanical Testing and Evaluation, ASM Handbook Vol. 8. Materials Park, 44073-0002.
Budi Purwanto Antameng, 2020, Desain Cetakan yang Efektif dalam Konsumsi Energi untuk Manufaktur Produk Hollow Composite dengan Metode Bladder Compression Molding.
Tesis, Program Pasca Sarjana Teknik Mesin, Univ. Gadjah Mada, Yogyakarta.
Diptikanta  Das,  Sandeep  Kumar  Pradhan,  Ramesh  Kumar  Nayak,  Basanta  Kumar
Nanda,Bha rat Chandra Routara 2019, Inﬂuence of Curing Time on Properties of CFRP
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0 20 40 60 80 Porosi ty (% ) Curing Time (min) carbon fiber Glass Fiber
Composites: A Case Study, Materials Today: Proceedings, Volume 26, Part 2, Hal. 344- 349.
Ignatius  Henry  Ismadi,  2018,  Pengaruh  Tekanan  Terhadap  Sifat  Mekanik  Pada  Manufaktur Komposit Serat Karbon/Epoksi dengan Metoda Bladder Compression Moulding. Tesis, Program Pasca Sarjana Teknik Mesin, Univ. Gadjah Mada, Yogyakarta. Jones, R. M., 1999, Mechanics of Composite Materials, Taylor & Francis Group, Philadelphia. Kwak, M., Robinson, P., Bismarck, A., & Wise, R., 2015, Microwave Curing of Carbon – Epoksi Composites:  Penetration  Depth  and  Material  Characterisation.  Composites:  Part A,Volume 75, 18-27.
Mallick,  P.K.  2007,  Fiber  Reinforced  Compositesmaterials,  Manufacturing  and  Design,
Michigan, CRC Press.
Mazumdar,S.K., 2002, Composite Manufacturing , Materials, Product, and Process Engineering.
New York, CRC Press.
S.B.  Singh,  Sudhir  Vummadisetti,  Himanshu  Chawla.  2018,  Influence  of  Curing  on  the Mechanical Performance of FRP Laminates, Journal of Building Engineering,vol. 16 1 –
19.