## KEKUATAN LENTUR KOMPOSIT MENGGUNAKAN MATRIKS EPOXY DENGAN REINFORCEMENT BAMBU, CARBON, PALF DAN SERAT BUNGA MALVA
Kelvin Fernando 1) , Sofyan Djamil 2) , Sobron Yamin Lubis 3)
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tarumanagara e-mail: 1) kelvin.515160012@stu.untar.ac.id, 2) sofyand@ft.untar.ac.id, 3) sobronl@ft.untar.ac.id

## ABSTRAK
Perbandingan kekuatan lentur komposit matrik epoksi dengan tulangan yang berbeda. Komposit adalah gabungan dari dua atau lebih material yang memiliki sifat fisik dan sifat mekanik yang baik.  Bahan  penguat  yang  biasa  digunakan  dalam  komposit  polimer  adalah  bahan  serat  dan strip, serat bambu, karbon, serat PALF dan serat malva digunakan sebagai bahan penguat dan polimer  resin  epoksi  digunakan  sebagai  matriks.  Tahapan  penelitian  dimulai  dengan menemukan  jurnal  yang  menjelaskan  tentang  kuat  lentur  pada  suatu  komposit  yang menggunakan resin epoksi sebagai matrik. Proses pembuatan komposit menggunakan metode hand lay-up. Data kekuatan lentur akan dibandingkan dan dianalisis. Sifat mekanik yang diuji menggunakan uji lentur dengan komposit plastik bertulang serat menggunakan ISO 14125:1998 – Penentuan sifat lentur dan ASTM D790/D790M-17 “Metode Uji Standar untuk Sifat Lentur dari Plastik Tanpa Penguat dan Penguat dan Bahan Isolasi Listrik”. Tulangan terkuat adalah karbon dengan 475,27 MPa, kedua serat malva 214,00 MPa, ketiga PALF 103,25 Mpa, terakhir bambu 80,30 Mpa.
Kata kunci: Bambu, karbon, PALF, serat malva, resin epoksi, kekuatan lentur

## ABSTRACT
The  flexural  strength  comparasion  of  epoxy  matrix  composite  with  diferent  reinforcement. Composite is a combination of two or more materials that have good physical properties and good  mechanical  properties.  Reinforcement  materials  commonly  used  in  polymer  composites are  fibers  and  strips  material,  bamboo  fiber,carbon,  PALF  and  malva  fiber  are    used  as reinforcement materials and epoxy resin polymer used as matrix. The research phase began with finding the journal which explain about flexural strength in a composite that using epoxy resin as  matrix.  The  composite  manufacturing  process  uses  the  hand  lay-up  method.  The  flexural strengths data will be compare and analized. The mechanical properties tested used flexural test with ISO 14125:1998 Fibre-reinforced plastic composites – Determination of flexural properties and ASTM D790/D790M-17 “Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials”. The  strongest reinforcement is carbon with 475,27 MPa, second is malva’s fiber 214,00 MPa, third is PALF 103,25 Mpa, the last one is bamboo 80,30 Mpa.
Keywords: Bamboo, carbon, PALF, malva fiber, epoxy resin, flexural strength

## PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi semakin pesat setiap tahun, semua produsen berlomba-lomba untuk  membuat  suatu  produk  yang  dapat  bersaing  di  pasaran.  Kualitas  dan  harga  suatu produk  menjadi  acuan  bagi  produk  tersebut  dapat  bersaing  di  pasaran,  konsumen  selalu mencari  suatu  produk  yang  memiliki  kualitas  tertinggi  dan  harga  yang  terendah.  Hal  ini menyebabkan  banyak  perkembangan  terhadap  material  komposit,  karena  pengembangan produk dengan cara ini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan material logam yang digunakan secara konvensional [1].
Material  komposit  adalah  material  hasil  penggabungan  antara  dua  fasa  atau  lebih, dengan  menggunakan  matriks  sebagai  pengikat  dan reinforcement sebagai  penguat  untuk meningkatkan kekuatan material. Resin merupakan salah satu pilihan untuk dijadikan bahan matriks karena mempunyai sifat yang mudah dicetak, awet, kuat dan keras [1].
Banyak  sekali  penelitian  yang  sudah  dilakukan  selama  ini  mengenai  material komposit, berbagai  pengujian  seperti uji tarik, uji  beban  kejut, uji  lentur dan  sebagainya
Kelvin Fernando, Sofyan Djamil, Sobron Yamin Lubis
dilakukan  untuk  mengetahui  nilai  atau  kekuatan  material  komposit  yang  telah  dibuat. Meskipun demikian studi ini diharapkan dapat menambah khasanah pengetahuan mengenai material  komposit  dan  bertujuan  untuk  membandingkan  kekuatan  lentur  beberapa  jenis reinforcement dengan  menggunakan  bahan  matriks  yang  sama.  Pengujian  ini  dilakukan dengan standar ISO 14125:1998 [2] dan ASTM D790/D790M-17 [3] untuk  mendapatkan nilai kekuatan lentur dari komposit.

## MATERIAL DAN METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  merupakan  studi  komparasi,  dengan  menggunakan  data-data  hasil penelitian  dari  artikel  jurnal  bereputasi  yang  relevan  berdasarkan  standarisasi  pengujian yang  sama  dan  proses  pembuatan  komposit  yang  sama  dengan  matriks epoxy dan menggunakan reinforcement bambu, carbon, PALF dan serat bunga malva. Data hasil uji dilakukan komparasi dan dianalisa dengan sistematika penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Flowchart Penelitian

## Persiapan Material
1. Komposit Matriks Epoxy dengan Reinforcement Bambu
Serat bambu yang digunakan pada penelitian ini memiliki ukuran 40 sampai 60 mm dan mempunyai  diameter rata-rata 161,52µm.  Matriks  yang digunakan pada komposit ini adalah resin AROPOI. 1472/25P Infusion yang dipasok dari Nuplex Composites Australia, katalis  yang  akan  digunakan  adalah  Butanox  M-50  dengan  perbandingan  1,5%  dari  berat resin yang digunakan.
Bambu akan di bersihkan dengan menggunakan air mengalir dan kemudian di jemur pada temperatur atmosfir 25°C. Lapisan komposit disiapkan dengan ukuran 400 mm x 400 mm dengan perbandingan serat bambu adalah 30%. Serat bambu yang sudah kering akan dicampurkan kedalam resin dan dituangkan ke dalam cetakan, kemudian akan dibiarkan 24 jam  pada  temperatur  ruangan  hingga  komposit  menjadi  kering.  Spesimen  dipotong berdasarkan  ketentuan  ISO  14125:1998 Fibre-reinforced  plastic  composites  – Determination of flexural properties 120 mm x 15 mm x 5 mm . Pengujian akan dilakukan dengan menggunakan mesin MTS 3 point bending test yang dipasangkan Wyoming Modified Celanese Compression, spesimen ditekan dengan beban 10 kN.
Kesimpulan Studi Literatur dan Jurnal Selesai Komparasi kekuatan lentur dari komposit 1 matriks dengan beberapa variabel reinforcement yang berbeda tanpa perlakuan Pengambilan Data Sekunder yang akan dikomparasi
Analisa Data Uji Lentur dan SEM
Mulai
2. Komposit Matriks Epoxy dengan Reinforcement Carbon Fabric
Reinforcement yang digunakan adalah carbon bertipe plain weave T800HB 6K 40B diproduksi oleh Sigmatex Material Innovation dan Toray Innovation by Chemistry dengan ukuran 200 gsm , dan Epoxy yang digunakan adalah Cycom 890 RTM monocomponent epoxy resin yang diproduksi oleh Cyctech Technology.
Carbon akan  dilapisi  oleh  resin  dan  katalis.  Setelah  pembuatan  komposit  selesai, komposit akan di potong berdasarkan ASTM D790/D790M-17 “ Standard Test Methods for Flexural  Properties  of  Unreinforced  andReinforced  Plastics  and  Electrical  Insulating Materials” dengan  ukuran  94  mm  x  12,7  mm  x  3  mm.  Pengujian  ini  dilakukan  dengan metode 3 point bending test menggunakan mesin Shimadzu AG-X test machine, spesimen ditekan dengan kecepatan cross-head 4,98 mm/s.

## 3. Komposit Matriks Epoxy dengan Reinforcement PALF
Serat daun nanas pada penelitian ini dipasok dari Design Natural Fibers, Brazil. Serat akan dipisahkan satu per satu dan dibersihkan menggunakan air yang mengalir, setelah itu akan  dikeringkan  di  dalam  panggangan  dengan  suhu  60°C.  Serat  daun  nanas  yang  cocok digunakan pada pengerjaan ini adalah serat yang memiliki ukuran diameter 0.20 mm.
Serat  yang  sudah  kering  akan  dicampur  dengan diglycidyl  ether  of  the  bisfenol  A (DGEBA)  sebagai  resin epoxy dan triethylene  tetramine (TETA)  sebagai  katalis  dengan perbandingan 30% reinforcement dan 70% resin epoxy , kemudian akan dituangkan kedalam cetakan.  Setiap  sisi  akan  ditekan  dengan  tekanan  3  MPa  dan  di  biarkan  pada  temperatur ruangan  selaman  24  jam.  Spesimen  akan  dipotong  berdasarkan  ASTM  D790/D790M-17 “ Standard  Test  Methods  for  Flexural  Properties  of  Unreinforced  andReinforced  Plastics and Electrical Insulating Materials” dengan ukuran 122 mm x 25 mm x 10 mm. Pengujian ini dilakukan dengan metode 3 point bending test menggunakan mesin Instron 5582.
4. Komposit Matriks Epoxy dengan Reinforcement Serat Bunga Malva
Pada pengujian ini, reinforcement serat bunga malva ( Urena lobata L ) yang digunakan di pasok dari Brazilian firm Castanhal Textil dan matriks yang digunakan adalah diglycidyl ether  of  the  bisfenol  A (DGEBA)  sebagai  resin epoxy dan triethylene  tetramine (TETA) sebagai katalis.  Bunga urena lobata L akan diekstrak sehingga menjadi serat dan kemudian dijemur sampai kering, kemudian serat bunga akan di bersihkan lagi menggunakan air yang mengalir  kemudian  di  keringkan  lagi.  Serat  yang  sudah  kering  akan  dicampur  dengan diglycidyl ether of the bisfenol A (DGEBA) sebagai resin epoxy dan triethylene tetramine (TETA)  sebagai  katalis  dengan  perbandingan  30% reinforcement dan  70%  resin epoxy , kemudian akan dituangkan kedalam cetakan yang berukuran 152 mm x 122 mm x 10 mm, cetakan kemudian diberikan tekanan sebesar 20 MPa dan didiamkan 24 jam pada temperatur ruangan untuk mengeringkan resin. Setelah komposit sudah jadi maka akan di potong sesuai ASTM D790/D790M-17 “ Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced andReinforced Plastics and Electrical Insulating Materials” dengan ukuran 122 mm x 25 mm x 10 mm. Pengujian ini dilakukan dengan metode 3 point bending test menggunakan mesin Instron 5582, spesimen ditekan dengan beban 100 kN.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil dan Pembahasan Uji Lentur
Berdasarkan  data-data  hasil  pengujian  lentur  dari  komposit  matriks epoxy dengan menggunakan reinforcement bambu [2], carbon [3] , PALF [4] dan serat bunga malva [5] yang  didapat  dari  jurnal-jurnal  internasional,  maka  dapat  dibuat  Tabel  1  yang membandingkan nilai hasil uji lentur.
Kelvin Fernando, Sofyan Djamil, Sobron Yamin Lubis
Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin 3 point bending dan standarisasi ISO 14125:1998 Fibre-reinforced plastic composites – Determination of flexural properties dan ASTM D790/D790M-17 “ Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced andReinforced Plastics and Electrical Insulating Materials”.
Tabel 1. Data hasil pengujian lentur
Reinforcement Vf (%) Kekuatan Lentur (MPa) Serat bambu 30 80,30 Carbon 30 475,27 PALF 30 103,25 Serat bunga malva 30 214,00
Berdasarkan data-data hasil uji lentur yang didapat pada Tabel 1 maka dapat di buatkan sebuah grafik yang  menunjukkan perbedaan kekuatan lentur dari komposit matriks epoxy dengan menggunakan reinforcement bambu, carbon, PALF dan serat bunga malva.
Gambar 2. Grafik kekuatan lentur komposit bambu, carbon, PALF dan serat bunga malva
Hasil komparasi data pengujian lentur komposit matriks epoxy dengan menggunakan reinforcement yang  berbeda  menunjukkan  jika  kekuatan  lentur  tertinggi  adalah  komposit matriks epoxy dengan  menggunakan reinforcement  carbon yang  memiliki  nilai  kekuatan lentur sebesar  475,27  MPa , dilanjutkan  dengan reinforcement serat  bunga  malva  214,00 MPa, reinforcement PALF  103,25  MPa,  dan  yang  terendah  adalah reinforcement serat bambu  80,30 MPa. Meskipun dengan volume fraksi  yang sama yaitu 70% resin  dan 30% reinforcement dan metode pembuatan yang sama dengan menggunakan teknik hand lay-up , komposit serat alam masih belum bisa menandingi kekuatan dari komposit carbon .
Serat  alam  memiliki  kandungan  lignin  di  dalamnya  sehingga  menyebabkan reinforcement mempunyai sifat adhesi yang kurang baik terhdap matriks, hal ini dikarenakan kandungan lignin yang mempunyai fungsi untuk mengikat kandungan selulosa pada serat alam, lignin dan selulosa bersifat tidak larut di dalam air, selulosa yang terdapat pada dinding sel  tanaman  ini  mempunyai  molekul  berbentuk  linier.  Struktur  yang  linier  menyebabkan selulosa  bersifat  kristalin  dan  tidak  mudah  larut  secara  kimia  maupun  mekanis.  Pada percobaan ini dapat dilihat pada serat bambu yang memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi  sekitar  42,4-53,6%  dan  kandungan  lignin  sebesar  19,8-26,6%  [6],  PALF  memiliki kandungan selulosa sebesar 80% dan kandungan  lignin  sebesar  12%  [7],  dan serat  bunga malva  memiliki  kandungan  selulosa  sebesar  94,74%  dan  kandungan  lignin  7,08%  [8], kandungan  lignin  pada reinforcement yang  tidak   dihilangkan  terlebih   dahulu   dengan
0 100 200 300 400 500 Serat bambu Carbon PALF
Serat bunga malva K e ku atan Le n tu r (M Pa) Reinforcement Data Pengujian Data Pengujian
perlakuan khusus menyebabkan reinforcement memiliki sifat tidak adhesi terhadap matriks dan menyebabkan terjadinya debonding.

## Hasil dan Pembahasan Pengamatan SEM (Scanning Electron Microscope)
Proses  pengamatan  dilakukan  dengn  SEM  ( Scanning  Electron  Microscope )  untuk mengamati bentuk patahan yang diperoleh dari pengujian yang telah dilakukan.
Gambar 3. Hasil SEM komposit matriks epoxy dengan reinforcement serat bambu (A) [2], carbon (B) [3], PALF (C) [4], dan serat bunga malva (D) [5]
Pada Gambar 3 (A) menunjukkan bahwa kurang baiknya rekatan yang terjadi antara reinforcement serat bambu dengan matriks epoxy, hal ini dapat dilihat dari sedikitnya jumlah matriks epoxy yang  merekat  pada  serat  bambu.  Bambu  yang  tidak  dilakukan  perlakuan khusus  cenderung  masih  memiliki  kandungan  lignin  yang  banyak  sehingga  mempersulit untuk merekatnya resin epoxy terhadap reinforcement serat bambu.
Pada Gambar 3 (B) serat PW-T800HB terlihat lebih kasar, hal ini menunjukkan bahwa serat carbon PW-T800HB mempunyai daya rekat atau daya ikat terhadap yang baik terhadap resin epoxy . Surface roughness yang dimiliki oleh serat carbon juga merupakan salah satu faktor  yang  menyebabkan  ikatan  resin  dan  serat carbon semakin  kuat,  hal  tersebut dikarenakan semakin tinggi nilai kekasaran maka akan semakin baik juga sifat adhesi yang dimilikinya.
Pada  Gambar  3  (C)  dapat  dilihat  bahwa  terdapat  banyak  PALF  yang  terlepas  dari matriksnya ( debonding ), hal ini menunjukkan bahwa PALF merupakan reinforcement serat alam  yang  mempunyai  sifat  adhesi  kurang  baik  sehingga  mempengaruhi  kekuatan  dari komposit dikarenakan reinforcement yang tidak merekat dengan baik terhadap matriksnya.
Kelvin Fernando, Sofyan Djamil, Sobron Yamin Lubis
Pada Gambar 3  (D) dapat dilihat bahwa serat bunga malva merekat dengan baik ke dalam matriks epoxy . Epoxy yang retak menunjukkan bukti retak ditangkap pada antarmuka serat. Distribusi serat yang homogen ke seluruh permukaan fraktur dan sifat rekat yang baik terhadap epoxy dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 4. Fraktograf SEM dengan perbesaran yang lebih rendah (x50) [5]
Pola tipikal sungai yang ditunjukkan arah panah kuning pada Gambar 3 menunjukkan serat bunga malva sesuai dengan mekanisme penguatan, yang meningkatkan sifat mekanik komposit polimer.

## KESIMPULAN
Kekuatan  lentur  tertinggi  adalah  komposit  matriks epoxy dengan  menggunakan reinforcement carbon yang memiliki nilai kekuatan lentur sebesar 475,27 MPa , dilanjutkan dengan reinforcement serat  bunga  malva  214,00  MPa, reinforcement PALF  103,25  MPa, dan yang terendah adalah reinforcement serat bambu 80,30 MPa. Reinforcement serat alam yang  memiliki  kandungan  lignin  seperti  PALF  (selulosa  80%  dan  lignin  12%)  dan  serat bambu  (selulosa  42,4-53,6%  dan  lignin  19,8-26,6%)  memiliki  ikatan  yang  tidak  baik terhadap matriksnya. Komposit serat alam cocok untuk menggantikan material plastik atau polymer murni pada bidang otomotif yang mempunyai nilai atau beban tidak terlalu berat, selain  memunculkan  nilai  estetika  komposit  serat  alam  juga  bersifat  ramah  lingkungan dibandingkan komposit carbon yang tidak dapat didaur ulang.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mendedikasikan  makalah  ini sebagai rasa terima kasih kepada Almarhum Dr.  Ir.  Sofyan  Djamil  untuk  mengenang  jasa  beliau.  Pada  kesempatan  ini  penulis  juga mengucapkan terima kasih  kepada semua pihak  yang membantu  penelitian dan penulisan ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B.  Adjiantoro  and  B.  Sriyono,  “Pembuatan  Material  Komposit  Matriks  Paduan  Al– 6,2%Mg/Al2O3(p) dengan Proses STIRR-Casting,” Majalah Metalurgi, Vol. 29, No. 1, pp. 63-70, 2014.

## Pola tipikal sungai
[2] A.  C. Manalo, E. Wani, N.  A. Zukarnain, W. Karunasena, K.  Lau.,  Effects  of  alkali treatment  and  elevated  temperature  on  the  mechanical  properties  of  bamboo  fibre- polyester composites,” Composites Part B: Engineering, Vol. 80, pp. 73–83, 2015.
[3] T. Brocks, M.  O.  H. Cioffi, H.  J.  C. Voorwald.,  Effect  of  fiber  surface  on  flexural strenght in carbon fabric reinforced epoxy composites,” Applied Surface Science, Vol. 274, pp. 210–216, 2013.
[4] G.  O. Glória, M.  C.  A. Teles, A.  C.  C. Neves, C.  M.  F. Vieira, F.  P.  D. Lopes, M.  de A. Gomes, F.  M. Margem, S.  N. Monteiro.,  “Bending  test  in  epoxy  composites reinforced with continuous and aligned PALF fibers,” Journal of Materials Research and Technology, Vol. 6, Issue 4, pp. 411–416, 2017.
[5] J.  I.  Margem,  V.  A.  Gomes,  F.  M.  Margem,  C.  G.  D.  Ribeiro,  F.  O.  Braga,  S.  N. Monteiro.,  “Flexural  Behavior  of  Epoxy  Matrix  Composites  Reinforced  with  Malva Fiber,” Materials Research, Vol. 18, No. 2, pp. 114–120, 2015.
[6] W. Fatriasari dan E. Hermiati., Analysis of Fiber Morphology and Physical-Chemical Properties of Six Species of Bamboo as Raw Material for Pulp and Paper,” Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan, Vol. 1, No. 2, pp. 67–72, 2008.
[7] H.  Onggo  dan  J.  T.  Astuti.,  “Pengaruh  Sodium  Hidroksida  dan  Hidrogen  Peroksida Terhadap  Rendemen  dan  warna  Pulp  Dari  Serat  Nanas,”  Jurnal  Ilmu  dan  Teknologi Kayu Tropis, Vol. 3, No. 1, pp. 37–43, 2005.
[8]  E. Nurnasari dan Nurindah., “Karakteristik Kimia Serat Buah, Serat batang, dan Serat Daun,” Buletin Tanaman Tembakau, Serat & Minyak Industri, Vol. 9, No. 2, pp. 64– 72, 2017.