## Manutech :
Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 16, No. 01, (2024)    p-ISSN : 2089-5550 e-ISSN : 2621-3397
Efek Curing Time Komposit Serat Karbon Pada Filler Hollow Glass Microsphere (HGM) 10 % Menggunakan Metode RSM
Yuliyanto 1* , Zulfitriyanto 2 , Imam Subarkah 3 1,2,3 Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung, Sungailiat Email : belzanyuliyanto@yahoo.com
Received : 23 April 2024; Received in revised form : 19 Juni 2024; Accepted : 28 Juni 2024

## Abstract
Composite is a type of material or new material made from engineering, consisting of two or more materials, composed of fiber as reinforcement and matrix as adhesive or fiber binder. Carbon fiber is a synthetic fiber that has a very thin size of around 0.1 mm which is very strong and light. This research aims to determine the effect of curing time and other parameters on the flexural strength of carbon fiber composites  with  Hollow  Glass  Microsphere  (HGM)  Filler.  Data  analysis  uses  Response  Surface Methodology (RSM). The highest average bending test results were found in test 1 with parameters of fiber percentage of 30%, fiber length of 100 mm and curing time of 6 hours of 212 MPa. The lowest average test was in the 20th test, with parameters of fiber percentage of 10%, fiber length of 100 mm and curing time  of  6  hours  of  72.5  MPa.  An  increase  in  the  curing  time  value  will  result  in  a  decrease  in  flexural strength. Because the longer the caring time takes, the harder and more brittle the carbon fiber becomes. Another effect is that the fibers experience shrinkage and become smaller so that they form voids or small holes between the fibers and the matrix. A higher percentage of fiber influences the resulting bending strength  to  be  stronger.  Because  the  forces  that  resist  during  the  testing  process  are  more  numerous andlarge. The effect of fiber length on flexural strength does not have a significant effect.
Keywords : composite, carbon fiber, bending test, HGM, RSM

## Abstrak
Komposit adalah suatu jenis material atau material baru yang terbuat dari hasil rekayasa, terdiri dari dua bahan atau lebih, tersusun atas serat sebagai penguat dan matrik sebagai perekat atau pengikat serat. Serat karbon (carbon fiber) merupakan serat sintetis yang memiliki ukuran sangat tipis sekitar 0,1 mm yang sangat kuat dan ringan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh curring time dan parameter  lainnya  terhadap  kekuatan  lentur  pada  komposit  serat  karbon  dengan  Filler  Hollow  Glass Microsphere (HGM). Analisis data menggunakan Response Surface Methodology (RSM). Hasil uji  lentur rata-rata tertinggi terdapat pada pengujian 1 dengan parameter persentase serat 30%, panjang serat 100 mm dan waktu curing 6 jam sebesar 212 MPa. pengujiaan rata-rata terendah terdapat pada pengujian ke 20, dengan parameter persentase serat 10%, panjang serat 100 mm dan waktu curing 6 jam sebesar 72,5 MPa. kenaikan nilai curing time akan menghasilkan kekuatan lentur menjadi menurun. Karena semakin lama  proses  caring  time  maka  serat  karbon  semakin  keras  dan  getas.  Pengaruh  lainya  yaitu  serat mengalami penyusutan dan mengecil sehingga akan membentuk void atau lobang  kecil antara serat dan matrik. Pada Persentase serat yang lebih banyak mempengaruhi hasil kekuatan lentur menjadi lebih kuat. Karena gaya yang melawan pada saat proses pengujian lebih banyak dan besar. Pengaruh panjang serat terhadap kekuatan lentur  tidak memberikan pengaruh yang  signifikan.
Kata kunci : komposit, serat karbon, uji lentur, HGM, RSM

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi di berbagai bidang terutama dalam dunia teknik terus ditingkatkan. Salah satu bidang tersebut adalah material komposit. Komposit adalah jenis material yang dibuat dengan mengabungkan  beberapa  jenis  material  atau  lebih.  Contohnya  material  komposit  serat  karbon. Perkembangan komposit serat karbon terus diteliti dan dikembangkan guna menjadi bahan alternatif pengganti bahan logam. Sifat komposit serat karbon lebih kuat dan ringan dibandingkan dengan logam. Susunan  komposit  terdiri  dari  serat  sebagai  penguat  dan  matriks  sebagai  bahan  pengikat  [1].  Dalam aplikasinya komposit serat karbon digunakan untuk pembuatan bagian-bagian pesawat, motor, mobil, kapal laut dan lain-lain [2][3].
Karbon adalah elemen yang terdiri dari empat kelompok yaitu, diamond , graphite , carbynes dan fullerenes . Masing-masing mempunyai karakter teknologi dan science yang berbeda [4]. Serat karbon adalah serat sintetis hitam kaku, sangat kuat, ringan dan ukuran dalam micron dengan rantai molekul aromatic.  Serat  karbon  ini  mampu  mempertahankan  struktur  dan  sifatnya  dibawah  kondisi fluid , tekanan dan temperatur yang ekstrim. Karbon dapat digabungkan dengan semua jenis matriks, polimer, keramik dan metal, sessuai dengan fungsinya [5].
Gambar 1. Aplikasi Pengunaan Serat Karbon
Pada  pembuatan  produk  masal,  aplikasi  pengunaan  komposit  serat  karbon  pada  sistem pengereman dengan unjuk kerja yang tinggi. Pada sektor rekayasa umum, material ini digunakan dalam komponen mesin, sebagai material tahan api, cetakan tekan panas, elemen pemanas, pengikat (baut) temperatur tinggi, tabung pelapis silinder, sebagai penghantar industri kaca dan lain-lain [6][7].
Hollow Glass Micropsheres (HGM) merupakan penguat jenis partikel. HGM umumya berbentuk serbuk.  Serbuk ini merupakan gabungan bola-bola yang terbuat dari kaca dengan ketebalan tertentu dan di dalamnya memiliki lubang berisi gas inert. HGM memiliki kelebihan, densitas yang kecil karena memiliki  lubang  sehingga  cocok  digunakan  untuk  menghasilkan  kombinasi  material  (komposit)  yang ringan.  HGM  jenis  IM30K,  merupakan  HGM  yang  terbuat  dari  material soda-lime-borosilicate  glass dengan  densitaas  0,6  g/cc,  diameter  rata-rata  untuk  setiap  partikelnya  adalah  18  mikron.  HGM  ini memiliki kekuatan isostatic crush yang cukup tinggi yaitu 28000 psi [8]

## 2. METODE PENELITIAN
Pelaksanaan penelitian dilakukan dengan beberapa tahap sebagai pedoman penelitian, langkah awal  dimulai  dari  studi-studi  literatur  yang  didapat  dari  jurnal  ilmiah.  internet, handbook , text  book, manual book dan lain lain. Data-data studi literature dipelajari dan dijadikan referensi untuk melakukan penelitian. berikut langkah-langkah proses penelitian yang dilakukan.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

## 2.1 Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 2.1.1 Serat Karbon
Serat karbon  berfungsi sebagai penguat pada komposit. Berikut Serat karbon yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Serat Karbon Kevlar

## 2.1.2 Hollow Glass Microspheres
Hollow  Glass  Micropsheres (HGM)  digunakan  sebagai  pengisi  untuk  material  komposit.  HGM merupakan  penguat  jenis  partikel.    Jenis  HGM  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  HGM  jenis  IM30K dimana  densitas  1035,4  Kg/m3,  modulus  young  567,02  Mpa  dan  poisson  ratio  0,12  [9].  Hollow  Glass Microsphere dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Hollow Glass Microsphere

## 2.1.3 Epoxy Resin epoxy Hardener
Resin  yang  digunakan  berfungsi  sebagai  matriks  dalam  komposit.  Epoxy  Hardener  digunakan untuk mempercepat proses pengerasan Epoxy Resin [10]. Jenis resin dan pengeras yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Epoxy Resin epoxy Hardener
2.1.4 Wax
Wax digunakan untuk melapisi cetakan dengan komposit, sehingga komposit mudah dilepaskan dari cetakan. Jenis Wax Glasses yang digunakan seperti Gambar 6.
Gambar 6. Wax Glasses

## 2.2 Peralatan yang Digunakan
Peralatan  yang  digunakan  dalam  pengujian  spesimen  ini  menggunakan  Mesin  Pengujian lenturKomposit  dengan  gaya  20kN.  pengujian  lentur  bertujuan  untuk  mengetahui  seberapa  besar kekuatan  komposit  ini  dapat  menahan  beban  dan  seberapa  besar  lendutan  maksimal  yang  dapat diberikan kepada komposit ini. Mesin uji lentur dapat dilihat pada Gambar 7.

## Gambar 7. Mesin Uji Lentur

## 2. 3 Proses Pembuatan Komposit
Pada pembuatan komposit serat karbon ini mengikuti standar pengujian ASTM D 790. Dimana volume cetakan sebesar 6,215 cm 3 . Berikut komposisi material untuk pembuatan komposit Serat Karbon Pada Filler Hollow Glass Microsphere (HGM).
Tabel 1.  Komposisi Material Komposit Serat Karbon Pada Filler Hollow Glass Microsphere (HGM)
Run Persentase Serat Persentase Epoxy Persentase HGM % % % 1 30 60 10 2 36,82 53,18 10 3 20 70 10 4 20 70 10 5 20 70 10 6 20 70 10 7 20 70 10 8 3.18 86,82 10 9 20 70 10 10 10 80 10 11 20 70 10 12 10 80 10 13 20 70 10 14 30 60 10 15 20 70 10 16 30 60 10 17 30 60 10 18 10 80 10 19 20 70 10 20 10 80 10

## 2.4. Pengolahan Data
Pengolahan data atau Analisa dilakukan dengan mengunakan serat Karbon terhadap uji lentur. Pengolahan  data  dengan  menggunakan  metoda  desain  eksperimen  respon  Surface  Metodologi  (RSM) menggunakan  bantuan  perangkat  lunak  design  Expert  09,  kemudian  dilanjutkan analysis of variance (ANOVA).

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil Pengujian Lentur
Proses pengujian lentur dilakukan di Lab Material Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung. Mesin yang digunakan adalah mesin Zwick/Roell Z020 menggunakan standar pengujian ASTM D790. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 2.

## Tabel 2. Hasil Pengujian Lentur
Run Persentase Serat Panjang serat Curing Time Hasil Pengujian lentur % cm jam Mpa 1 30 100 6 212 2 36,82 75 4 147 3 20 75 4 156 4 20 32.96 4 164 5 20 117.04 4 142 6 20 75 4 204 7 20 75 4 210 8 3.18 75 4 111 9 20 75 0.64 153 10 10 50 6 91.5 11 20 75 4 161 12 10 50 2 138 13 20 75 4 184 14 30 100 2 156 15 20 75 4 132 16 30 50 6 186 17 30 50 2 181 18 10 100 2 121 19 20 75 7.36 182 20 10 100 6 72.5
Berdasarkan  hasil pengujian pada  Tabel 1,  persentase serat, panjang serat dan waktu curring time sangat mempengaruhi hasil pengujian lentur. Dapat dilihat bahwa besar rata-rata pengujian lentur tertinggi terdapat pada pengujian 1 dengan parameter persentase serat 30 %, Panjang serat 100 mm dan curring time 6 jam sebesar 212 Mpa. Besar rata-rata pengujian terendah terdapat pada pengujian ke 20, dengan parameter persentase serat 10 %, Panjang serat 100 mm dan curring time 6 jam sebesar 72.5 Mpa. Berikut kegiatan pengujian (Gambar 8) dan Grafik hasil Pengujian bending (Gambar 9).
Gambar 8. Kegiatan Pengujian
Gambar 9. Grafik Pengujian Lentur

## 3.2 Analisis Variansi Kekuatan Bending (MPa)
Setelah hasil pengujian lentur di Analisa maka untuk membuktikan apakah data tersebut sesuai dan  valit,  maka  dilakukan  analisis  variansi.   Analisis variansi  kekuatan  lentur  dapat  ditabulasikan pada Gambar 10.
Gambar 10. ANOVA Kekuatan Lentur (MPa)
Berdasarkan Gambar 10 terlihat nilai F hitung FModel = 3.08 yang didapat pada tingkat signifikan sebesar 0,0474 atau 4.74% memberikan nilai signifikan terhadap model yang ada. Sedangkan Lack of Fit yang terjadi sebesar 1.43 dan tidak memberikan pengaruh (not signifikan) sehingga persamaan regresi mode matematika dengan bentuk quadratik yang digunakan dapat diterima.

## 3.3 Permukaan Respon Kekuatan Lentur
Grafik  tiga  dimensi  (3D)  untuk  respon  Kekuatan  lentur  yang  didapat  dengan  menggunakan bantuan perangkat lunak Disign Expert 9.0 dapat dilihat pada Gambar 11, Gambar 12 dan Gambar 13.
Gambar 11. Permukaan Respon Model Quadratik Pengujian Lentur VS Persentase Serat Dan Curing Time .
Gambar 12. Permukaan Respon Model Quadratik Pengujian Lentur VS Persentase Serat Dan Panjang Serat
Gambar 13. Permukaan Respon Model Quadratik Pengujian lentur VS Curring Time dan panjang serat.
Permukaan respon grafik 3D untuk kekuatan lentur diatas dapat dilihat bahwa, kenaikan nilai curing time akan menghasilkan kekuatan lentur menjadi getas. Karena semakin lama proses caring time maka serat karbon semakin mengecil sehingga akan membentuk void atau lobang-lobang kecil antara serat dan matrik, Sedangkan pengaruh Persentase serat mempengaruhi hasil kekuatan lentur menjadi lebih  kuat.  Karena  gaya  yang  melawan  pada  saat  proses  pengujian  lebih  banyak  dan  besar  sehingga kekuatanya meningkat. Pengaruh panjang serat terhadap kekuatan lentur  tidak memberikan pengaruh yang    signifikan.  Sedangkan  pengaruh  Panjang  serat  yang  digunakan  menunjukan  penurunan  nilai kekuatan Tarik. Ini disebabkan dengan persentase di bawah 30% maka jumlah serat yang memberikan pengaruh semakin sedikit.

## 4. KESIMPULAN
Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa, Persentase serat tidak boleh melebihi 30 %, karena akan berpengaruh terhadap tingkat penyatuan antara resin dan serat. Lama curring time maksimal yang diperbolehkan tidak boleh lebih dari 4 jam. Karena semakin lama proses caring time maka serat karbon semakin keras dan getas. Pengaruh lainya yaitu serat mengalami penyusutan dan mengecil sehingga akan membentuk  void  atau  lobang  lobang  kecil  antara  serat  dan  matrik.  Pada  Persentase  serat  yang  lebih banyak mempengaruhi hasil kekuatan lentur menjadi lebih kuat. Karena gaya yang melawan pada saat proses  pengujian  lebih  banyak  dan  besar.  Pengaruh  panjang  serat  terhadap  kekuatan  lentur  tidak memberikan pengaruh yang signifikan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kemdikbud dan Polman Babel yang telah memberikan bantuan modal untuk penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Suhdi, et al. 2016. Analisa Kekuatan Mekanik Komposit Serat Sabut Kelapa (Cocos Nucifera) Untuk Pembuatan Panel Panjat Tebing Sesuai Standar BSAPI. Jurnal TeknikMesin, Vol. 3, no. 1.
[2]  Pramono,  G.E.  dan  Sutisna,  S.P.,  2017.  Perbandingan  Karakteristik  Serat  Karbon  Antara  Metode Manual Lay-Up dan Vacuum Infusion Dengan Penggunaan Fraksi Berat Serat 60%. Universitas Ibn Khaldun, Bogor
[3]  Abdurohman,  K.  dan  Marta,  A.  2016.  Kajian  Eksperimental  Tensile  Properties  Komposit  Poliester Berpenguat Serat Karbon Searah Hasil Manufaktur Vacuum Infusion Sebagai Material Struktur LSU. LAPAN, Bogor.
[4]  Gibson, 1994. Principle Of Composite Material Mechanis. New York, Graw Hill.
[5]  Rusman, N., dan Arif, M., I. 2015. Pengaruh Susunan Lamina Komposit Berpenguat Serat E-Glass Dan Serat Carbon Terhadap Kekuatan Tarik Dengan Matrik Polyester, Jurnal Teknik Mesin, Vol.03 No. 3, pp 32-39.
[6]  Chandrabakty, S. 2014. Fourrier Transform Infra-Red (Ft-Ir) Spectroscopy Dan Kekuatan Tarik Serat Kulit Batang Melinjo Menggunakan Modifikasi Distribusi Weibull. Jurnal Mekanikal, Vol. 5 No, 1(ISSN 2086 - 3404), pp.434 – 442.
[7]  Hilmi,  I.,  F.,  Anindito,  P  dan  Sopyan,  A.,  S.  2018.  Pengaruh  Mechanical  Bonding  Pada  Aluminium Dengan Serat Karbon Terhadap Kekuatan Tarik Fiber Metal Laminates, Jurnal Rekayasa Mesin, Vol.9, No.2, pp 127-134
[8]  Yuliyanto & Masdani. 2018. Analisis Pengaruh Orientasi Serat Terhadap Kekuatan Impak Dan Model Patahan Komposit Polyester Berpenguat Serat Gaharu. Machine: Jurnal Teknik Mesin, 4(2), 15-20.
[9]  Azissyukhron M, Hidayat S. 2018 Perbandingan Kekuatan Material Hasil metode Hand Lay Up dan Metode Vacuum Bag Pada Material Sandwich Composite.
[10]  Eka Dwi Ratna Sari, S.M. Bondan Respati dan Agung Nugroho. (2020). Analisis Kekuatan Tarik Dan Bending  Komposit  Serat  Karbon-Resin  Dengan  Variasi  Waktu  Curing  Dan  Suhu  Penahanan  80 ᴼ C.
Jurnal Momentum, Vol. 16, No. 2, Oktober 2020, Hal. 150-155