## PENGARUH TEMPERATUR PEMANASAN DAN WAKTU HOLDING SERAT DAUN NANAS TERHADAP KEKUATAN IMPACT KOMPOSIT EPOXY DENGAN METODE VACUUM INFUSION
Mohamad Irkham M. 1 , Nur Subeki 2 , M Ulul Albab 3
1,2,3 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
Email: irkham@umm.ac.id

## ABSTRACT
Technological developments in the field of composite materials are grows very fast. Composites have  been  widely  used  in  the  automotive  industry,  both  for  exterior  and interior.  It  causes  the important of material research needs to be continously developed. This study aims to determine the  effect  of  heating  temperature  and  holding  time  on  pineapple  leaf  fibers  for  the  impact strength by the vacuum infusion method. The variations of heating temperature are 70°C, 80°C, and  90°C.  While  the  variations  of  holding  time  are  1  hour,  2  hours,  and  3  hours.  Composite material  manufacturing  refers  to  ASTM  D5942-96  standard.  The  results  of  this  study  indicate that the highest impact value occurs in specimens with a heating temperature variation of 80 °C with  holding  time  of  3  hours,  which  is  0.075  Joules/mm².  While  the  lowest  impact  strength occurs in specimens with a heating temperature of 70°C with holding time of 2 hours, which is 0.019 Joules/mm².
Keywords: Composite, impact, heating temperature, vacuum infusion

## PENDAHULUAN
Berbagai  keuntungan  yang  didapat  dari bahan  komposit  menjadikan  penggunaan  dari bahan ini semakin luas. Selain digunakan pada bidang  transportasi,  bahan  ini  juga  banyak ditemukan  dalam  penggunaan  di  bidang arsitektur  maupun  properti.  Sifat  mekanik yang  baik,  ketahanan  terhadap  korosi  dan beratnya  yang  ringan  menjadi  keunggulan tersendiri dari bahan ini [1].
Material komposit adalah material gabungan antara pengikat atau matriks dengan bahan penguat yang terbentuk dalam gabungan  beberapa  fasa  yang  baru  [2].  Dapat dikatakan bahwa material komposit terdiri atas bahan yang diperkuat oleh filler yang biasanya berupa serat untuk meningkatkan kekuatannya.  Komposit  dibedakan  menjadi  2 yaitu  komposit  polimer  dan  biokomposit  [3]. Salah  satu  jenis  biokomposit  adalah  komposit dengan  menggunakan  serat  daun  nanas. Material  komposit  terdiri  dari  matriks  dan bahan  penguat.  Ada  beberapa  macam  resin yang  ada  di  pasaran,  salah  satunya  adalah
resin epoxy. Karena  memiliki  beberapa keunggulan  dibandingkan  resin  jenis  yang lain,  yaitu  kelembaban  dan  kekuatan mekanik      yang  dimiliki,  resin epoxy dipakai pada penelitian ini sebagai material dasarnya  [4].  Untuk  bahan  penguat  pada material komposit didapatkan dari seratnya. Serat  yang  digunakan  pada  proses  ini adalah serat alami dari daun nanas [5]. Penggunaan  serat  alam  yang  terdapat selulosa dalam material ini  bertujuan untuk meningkatkan  kekuatan  mekanik  dari sebuah  material  [6].  Penggabungan  antara resin  dan  serat  tersebut  diharapkan  dapat menaikkan sifat mekanis dan karakter yang lebih  baik  dibandingkan  material  dasarnya. Perkembangan  penggunaan  serat  alam untuk  saat  ini  sudah  mulai  menggeser bahan  komposit  dari  serat  sintetis,  yang mana  inovasi  penggunaan  serat  alam  yang terus  berkembang  dan  jumlahnya  yang melimpah [7].
Komposit dapat dibuat dengan beberapa cara, yaitu dapat dengan menggunakan cara
penyusunan  serat  secara hand  lay  up maupun metode  vacuum  atau vacuum  assisted  resin infusion (VARI).
Metode VARI ini berbeda jika dibandingkan  dengan  metode  lain . Pada metode ini, proses pembuatannya berlangsung pada  ruang  yang  tidak  memungkinkan  udara dapat  masuk  ke  dalam  cetakan.  Ruang  kedap udara  ini  dihubungkan  dengan  sebuah  pompa vakum yang terkoneksi dengan 2 buah selang. Selang  yang  satu  untuk  menyedot  udara  dan yang  satu  untuk  masuknya  resin  ke  dalam cetakan  komposit.  Sehingga  selama  proses masuknya resin ke dalam cetakan, udara tidak akan  bisa  masuk  atau  menyusup  ke  dalam proses  tersebut  [8].  Dengan  menggunakan metode  ini  diharapkan  hasil  komposit  yang dihasilkan  jauh  lebih  baik  daripada  dengan menggunakan  metode hand  lay  up, baik  dari sisi  sifat  mekanik  maupun  fraksi  volume  dan void  yang  dihasilkan.  Pemanasan  pada komposit  juga  akan  mempengaruhi  dari  sifat mekaniknya,  dengan  semakin  meningkatnya suhu  pemanasan  akan  menyebabkan  kekuatan pada serat semakin menurun [9].
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  pengaruh  pemanasan  mula  pada serat  daun  nanas  dan  waktu  holding  terhadap kekuatan impact komposit dengan menggunakan metode vacuum infusion . Variasi waktu holding pemanasan yang dipilih adalah  1,  2  ,  dan  3  jam.  Variasi  temperatur pemanasan  pada  penelitian  ini  dimulai  dari 70°C, 80°C, dan 90°C.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  digunakan  beberapa peralatan untuk membuat material kompositnya,  antara  lain:  mesin  oven,  mesin vacuum ,  kertas  plastik,  dan  mesin  uji impact. Sedangkan  bahan  utama  yang  digunakan untuk membuat komposit dalam penelitian ini adalah  resin  epoxy,  katalis,  dan  serat  daun nanas  yang  sudah  dipilih  (Gambar  1),  serta NaOH untuk digunakan pada proses perendaman serat alkalisasi.

## Proses Pembuatan Serat Daun Nanas
Serat  daun  nanas  yang  digunakan  dipilih dengan  usia  tanam  sekitar  6  bulan,  dengan mengambil dari bagian bawah pangkal hingga ke  atas  dari  daun  nanasnya.  Dengan  panjang
sekitar  60  cm,  daun  nanas  dipisahkan secara  mekanis  agar  didapatkan  seratnya. Proses  ini  dilakukan  secara  berulang-ulang agar  serat  daun  nanas  dapat  terpisah  dari jaringan  ikatnya  sebagaimana  terlihat  pada Gambar 1.

## Gambar 1. Serat Daun Nanas

## Proses Alkalisasi
Pada proses ini  serat  yang telah dibuat direndam  dengan  menggunakan  NaOH sebesar  6%,  karena  jika  persentasenya melebihi 6% maka justru akan menurunkan sifat  mekansinya  [10].  Proses  perendaman ini  dilakuakn  selam  2  jam,  kemudian setelah  itu  serat  diangkat  dan  dibilas dengan menggunakan aquades dan dilakukan  proses  pengeringan.  Proses perendaman dapat terlihat pada Gambar 2.

## Gambar 2. Perendaman alkalisasi NaOH

## Proses Pengeringan
Proses  pengeringan  serat  dilakukan dengan  menggunakan  mesin  oven.  Suhu pemanasan  dan  lama  waktu holding disesuaikan  dengan  variasi  yang  telah direncanakan,  yaitu  70,  80,  dan  90  °C dengan  lama  waktunya  sebesar  1,  2  ,dan  3 jam.

## Proses Vacuum Infusion Resin
Metode Vacuum Assited Resin
Infunsion (VARI)  merupakan  metode  yang
memanfaatkan perbedaan tekanan yang didapatkan dari pompa vakum. Pompa vakum yang digunakan akan membuat sistem menjadi hampa udara dan tekanan menjadi rendah. Hal ini  menyebabkan  resin  nantinya  akan  mengisi ruang ketika katup dibuka. Resin yang mengisi ruang  tersebut  akan  membentuk  menjadi sebuah material komposit.
Gambar 3. Mesin Oven Memmert Model 30 - 1060
Sistem  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini memberikan  kelebihan  jika  dibandingkan dengan  sistem hand  lay  up, yaitu  sifat mekanik  yang  semakin  baik,  kekuatannya bertambah,  dan  lapisan  yang  dihasilkan  lebih tipis.  Selain  itu  dengan  metode  vakum  dapat mencegah  kemungkinan  kotoran  yang  masuk ada cetakan, sehingga produk yang dihasilkan semakin baik [11]. Pada Gambar 4
ditunjukkan  skema  dari  proses Vacuum Assited Resin Infunsion
Gambar 4. Sistematika Proses Vacuum Infusion [12]

## Pengujian Impact Komposit
Pengujian impact ini  dilakukan  di laboratorium  pengujian  bahan  Universitas Brawijaya.  Spesimen  uji impact yang  dibuat berdasarkan  standar  ASTM  D5942-96.  Beban yang diberikan adalah sebesar 12 Joule dengan posisi sudut terbesarnya adalah 150 o , sebagaimana terlihat pada Gambar 5
Gambar 5. Spesimen uji impact [13]
Setelah  spesimen  dibuat  sesuai  dengan variasinya seperti ditunjukkan pada
Gambar  13,  maka  dilakukan  pengujian impact dengan  menggunakan  alat  uji impact . Spesimen diletakkan di  tengah dan kemudian pendulum dilepas. Hasil kekuatan impact dari  tiap  spesimen  dapat terlihat  dari  hasil  sudut  setelah  beban dilepaskan  pada  setiap  pengujian  yang dilakukan.  Skema  pengujian  dapat  dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Skema pengujian impact [14]

## Perhitungan Energi Serap
Dalam  menghitung  energi  serap  yang terjadi  pada  setiap  spesimen  digunakan rumusan sebagai berikut:
Es = energi awal –energi yang tersisa = m.g.h – m.g.h’ = m.g(R-Rcos α) – m.g(R-Rcos β)
= m.g.R(cos β – cos α)
dimana:
Es = energi serap (J)
m = berat pendulum (kg)
g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s²
R = panjang lengan pendulum = 0,27 m α = sudut pendulum sebelum diayunkan β = sudut pendulum setelah diayun
Pada perhitungan harga impact,
besarnya harga impact dari setiap spesimen
dapat  dihitung  dengan  menggunakan  rumus sebagai berikut:
HI = Es / A dimana, HI = harga impak (J/mm2) Es = energi serap (J) A = luasan penampang  spesimen (mm2)

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pembuatan Komposit
Variasi  perlakuan  temperatur  pemanasan dan  lama  waktu holding  time dipilih  dalam proses pembuatan komposit. Proses pembuatan komposit secara umum menggunakan  metode vacuum  infusion guna mencegah  masuknya  udara.  Bentuk  spesimen disesuaikan  dengan  standar  untuk  pengujian impact komposit.  Beberapa  contoh  spesimen dapat  dilihat  pada  Gambar  7,  dimana  nampak terlihat  perbedaan  warna  dan  serat  dari beberapa perlakuan yang telah diberikan.
Gambar 7. Contoh beberapa perlakuan
a. Pemanasan 70°C, waktu 1 jam
b. Pemanasan 80°C, waktu 2 jam c. Pemanasan 90°C, waktu 3 jam

## Hasil Uji Impact
Pengujian impact komposit  berpenguat serat  daun  nanas  merupakan  pengujian mekanis  yang  bertujuan  untuk  mengetahui kekuatan impact nya. Sampel disiapkan dengan variasi  temperatur  pemanasan  sebesar  70°C, 80°C,  dan  90°C,  dengan  variasi holding  time 1, 2, dan 3 jam. Data hasil energi yang diserap komposit  berpenguat  serat  daun  nanas diperlihatkan pada Tabel 1.
Pada  Tabel  1  dapat  diketahui  bahwa besarnya  energi  serap  rata-rata  yang  terbesar terjadi  pada  variasi  temperatur  pemanasan  90 °C  dan  lama  waktu  pemanasan  3  jam  yaitu sebesar 3,046 Joule. Hal ini sangat berbanding
terbalik dengan spesimen komposit dengan variasi temperatur 70°C dengan lama waktu pemanasan  1  jam,  dimana  pada  variasi  ini didapatkan  energi  yang  terendah  yaitu sebesar  0,551 Joule
Tabel 1. Rata-rata energi serap NO Variabel E. Serap (Joule) Temperatur (°C) Waktu (Jam) 1 70 1 0,745 2 70 2 0,551 3 70 3 0,972 4 80 1 2,365 5 80 2 1,782 6 80 3 2,689 7 90 1 0,972 8 90 2 2,874 9 90 3 3,046
Berdasarkan  Gambar  8,  penambahan lama  waktu  pemanasan  dapat  menaikkan energi  serap  rata-rata  spesimen  komposit serat  nanas.  Hal  ini  dapat  terlihat  bahwa pada  spesimen  dengan  variasi  lama pemanasan  3  jam,  energi  serap  rata-rata relatif  lebih  besar  dibandingkan  dengan keseluruhan nilai energi serap dengan lama pemanasan 1 dan 2 jam.

## Gambar 8. Grafik rata-rata energi serap
Dari  perhitungan  harga impact setiap spesimen,  didapatkan  HI  sesuai  perlakuan masing-masing  yang  dapat  dilihat  pada Tabel 2.
Tabel 2. Rata-rata Harga Impact NO Variabel Harga Impact (Joule/mm ² ) Temperatur (°C) Waktu (Jam) 1 70 1 0,031 2 70 2 0,019 3 70 3 0,027 4 80 1 0,061 5 80 2 0,045 6 80 3 0,075 7 90 1 0,042 8 90 2 0,070 9 90 3 0,074
a b
c
Dari  Tabel  2  ditunjukkan  bahwa  besarnya harga impact rata-rata  pada  setiap  variasi memiliki  perbedaan.  Spesimen  komposit dengan variasi perlakuan temperatur pemanasan  sebesar  80°C  dengan  lama  waktu pemanasan  selama  3  jam  memiliki  harga impact yang  tertinggi,  yaitu  sebesar  0,075 Joule/mm².  Hal  ini sangat  berbanding  terbalik dengan  spesimen  yang  diberi  perlakuan temperatur  pemanasan  70°C  dengan  lama pemanasan  selama  2  jam,  dimana  didapatkan harga impact yang  terendah  yaitu  sebesar 0,019 Joule/mm².
Gambar 9. Grafik rata-rata Harga Impact
Berdasarkan  Gambar  9  mengenai  harga impact terlihat  bahwa  ada  perbedaan  hasil  uji impact pada  setiap  perlakuan  yang  diberikan. Dari  hasil  tersebut  dapat  kita  ketahui  bahwa pada  perlakuan  lama  pemanasan  2  jam  dan  3 jam  terjadi  peningkatan  harga impact, namun harga impact tertinggi  terjadi pada  lama pemanasan  selama  2  jam.  Secara  singkat  hal ini  dapat  dijelaskan  dengan  pemberian perlakuan pemanasan sebesar 80°C akan dapat menyebabkan  serat  lebih  baik  dibandingkan perlakuan  temperatur  lainnya.  Dengan  serat yang  semakin  baik  maka  hal  ini  dapat menyebabkan  daya  ikat  serat  dan  matriks semakin  kuat.  Sehingga  apabila  komposit mendapatkan  gaya  dari  luar,  maka  matriks akan  meneruskan  gaya  tersebut  sebelum terjadinya  patah  atau  rusak.  Serat  yang terdistribusi  dengan  baik  dapat  meningkatkan kemampuan daya ikat antara serat dan matriks [15].
Bentuk  patahan  spesimen  antara  perlakuan pemanasan 70°C dengan temperatur pemanasan  80°C  dan  90°C  terlihat  berbeda, ditunjukkan  pada  Gambar  10.  Pada  spesimen dengan  perlakuan  pemanasan  70°C  spesimen
langsung  terbelah  menjadi  dua  tanpa mengalami  bengkok.  Sedangkan  pada spesimen  dengan  perlakuan  pemanasan sebesar 80°C  dan 90°C  bentuk patahannya berbentuk  patah  ulet.  Hal  ini  dapat  dilihat dari  spesimen  yang  tidak  terbelah  menjadi dua, melainkan hanya mengalami bengkok. Proses pembengkokan bisa terjadi diakibatkan  beban  dari  pendulum  yang tidak terdistribusi secara merata.
(a) (b) (c) Gambar 10. Bentuk patahan pengujian impact
a. 70°C, 2 jam b. 90°C, 2 jam c. 80°C, 3 jam
Pada  perlakuan  pemberian  pemanasan dengan  temperatur  90°C,  harga impact yang  terjadi  justru  semakin  menurun. Penurunan  ini  terjadi  disebabkan  oleh pemberian pemanasan yang semakin tinggi dapat menyebabkan lapisan lilin atau lignin semakin  berkurang.  Dengan  lapisan lignin yang  semakin  sedikit  menyebabkan  ikatan yang  terjadi  antara  serat  dan  matriks semakin  menurun  kekuatannya.  Sehingga suhu  optimum  dari  penelitian  ini  adalah pada temperatur 80°C.
Berdasarkan  pengamatan  foto  makro dari  setiap  spesimen  tidak  terjadinya pull out pada  setiap  variasi .  Pull  out terjadi karena  pemanasan  yang  semakin  tinggi
Bidang patahan Bidang patahan Bidang patahan
menyebabkan semakin lemahnya ikatan antara matrik  dan  seratnya.  Hal  ini  dapat  dihindari karena  dengan  menggunakan  metode  VARI, material matriks dan serat dapat terikat dengan baik. Selain itu, tidak adanya udara yang dapat memasuki ruang atau rongga material menjadikan spesimen lebih masif dan compact .  Hal  inilah  yang  menjadikan  metode ini banyak digunakan untuk membuat material komposit dibandingkan dengan metode lainnya.

## KESIMPULAN
Beberapa  hasil  yang  dapat  diabil  dari penelitian ini adalah:
1. Semakin lama waktu yang digunakan untuk pemanasan serat akan semakin
meningkatkan kekuatan impact komposit.
2. Kekuatan impact tertinggi  terjadi  pada spesimen dengan variasi perlakuan temperatur  pemanasan  80°C    dengan  lama pemanasan  3  jam,  yaitu  sebesar  0,075 Joule/mm².  Sedangkan  kekuatan impact yang  terendah  terjadi  pada  spesimen dengan  perlakuan  temperatur  pemanasan 70°C  dengan lama pemanasan 2 jam, yaitu sebesar  0,01943 Joule/mm².

## SARAN
Pada  pengujian  ini  variasi  yang  digunakan adalah variasi temperatur pemanasan dan lama waktu  pemanasan.  Hal  ini  tentu  sangat dimungkinkan  untuk  melakukan  penelitian dengan  variasi  yang  lain.  Variasi  perlakuan pada  serat  baik  sebelum  maupun  sesudah alkalisasi  masih  sangat  mungkin untuk  diteliti lebih  lanjut,  sehingga  akan  didapatkan  hasil yang jauh lebih kompleks.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] I. M. A. Dwipayana and I. K. A. Widi, “Analisa  Uji  Tarik  Dan  Uji  Impak Komposit  Penguat  Karbon  ,  Campuran Epoxy-Karet Silikon 30 %, 40 %, 50 %, Rami  ,  Kenaf  Matrik  Epoxy,” Skripsi , 2020.
[2] M.  Muhajir,  M.  A.  Mizar,  D.  A. Sudjimat,  and  J.  P.  T.  Mesin-ft, “Analisis  Kekuatan  Tarik  Bahan Komposit  Matriks  Resin,” J.  Tek.
MESIN , vol. 24, no. 2, pp. 1–8, 2016.
[3] B.  Maryanti,  K.  Arifin,  and  A.  N.  P.

## Saputro,  “Karakteristik  Kekuatan
Impak Komposit Serbuk Serat Sabut Kelapa Dengan Variasi Fraksi Volume Serat  30%, 40% dan 50%,”
Semin.  Nas.  Inov.  dan  Apl.  Teknol. , pp. 339–343, 2019.
[4] A.  I.  Tauvana  and  M.  I.  Subekti, “Pengaruh  matrik  resin-  epoxy terhadap  kekuatan  impak  dan  sifat fisis  komposit  serat  nanas,” J.
Polimesin ,  vol.  18,  no.  2,  pp.  99–
104, 2020. [5] D.  K.  Rahman  N,  Riyanta  B,
“Pengaruh  Fraksi  Volume  Serat  dan Lama  Perendaman  Alkali  terhadap Kekuatan  Impak  Komposit  Serat Aren-Polyester,” J.  Ilm.  SEMESTA Tek. , vol. 14, no. 1, pp. 26–32, 2011.
[6] R.  R.  Amalia  and  N.  Hairiyah, “Pembuatan  Komposit  Dari  Limbah
Plastik  Polyethylene  Terephthalate  ( Pet  )  Berbasis  Serat  Alam  Daun Pandan  Laut,” J.  Agroindustri ,  vol.
10, no. 2, pp. 107–117, 2020.
[7] D. Murdiyanto, “Potensi Serat Alam Tanaman  Indonesia  Sebagai  Bahan Fiber Reinforced Composite Kedokteran Gigi,” J.  Mater. Kedokt. Gigi ,  vol.  6,  no.  1,  p.  14,  2017,  doi: 10.32793/jmkg.v6i1.260.
[8] M.  A.  Ilmy,  S.  Junus,  and  A.  A. Rosyadi,  “Pengaruh  Fraksi  Volume Fiber  Glass  Terhadap  Sifat  Mekanik Komposit  Fiber  Glass  /  Epoxy Dengan  Metode  Vari” J.  STATOR , vol. 1, no. 1, pp. 10–15, 2018.
[9] A.  Sabuin,  K.  Boimau,  D.  G.  H.
Adoe,  J.  T.  Mesin,  and  U.  N. Cendana,  “Pengaruh  Temperatur Pengovenan  terhadap  Sifat  Mekanik Komposit Hibrid Polyester
Berpenguat  Serat  Glass  dan  Serat Daun Gewang,” Lontar ,  vol.  02,  no. 01, pp. 69–78, 2015.
[10]  M. H. Zin, K. Abdan, N. Mazlan, E. S.  Zainudin,  and  K.  E.  Liew,  “The effects  of  alkali  treatment  on  the mechanical  and  chemical  properties of  pineapple  leaf  fibres  (PALF)  and adhesion to epoxy resin,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 368, no. 1, 2018, doi: 10.1088/1757-
899X/368/1/012035.
[11]  L.  P.  Utami,  D.  Ginting,  A.  K. Nasution, and B. Istana, “Perbandingan
Nilai Kekuatan Tarik Komposit Menggunakan  Metode  Hand  Lay  Up Dan  Metode  Vari,” Phot.  J.  Sain  dan Kesehat. , vol. 9, no. 2, pp. 24–26, 2019, doi: 10.37859/jp.v9i2.1357.
[12]  M.  Yuhazri  and  P.  Phongsakorn,  “A Comparison  Process  Between  Vacuum Infusion  And  Hand  Lay  up  Method Toward  Kenaf/Polyester  Composites,” Int.  J.  Basic  &amp;  Appl. ,  vol.  10,  no. 33, pp. 63–66, 2010.
[13]  T.  S.  Hadi,  S.  Jokosisworo,  and  P. Manik,  “Alternatif  Bahan  Komposit Pembuatan  Kulit  Kapal  Ditinjau  Dari
Kekuatan  Tarik  ,  Bending  Dan Impact,” J.  Tek.  Perkapalan ,  vol.  4, no. 1, pp. 323–331, 2016.
[14]  R.  Lumintang,  R.  Soenoko,  and  S. Wahyudi, “Komposit Hibrid
Polyester Berpenguat Serbuk Batang Dan  Serat  Sabut  Kelapa,” Rekayasa Mesin ,  vol.  2,  no.  2,  pp.  pp.  145– 153, 2011, doi: 10.21776/ub.jrm.
[15]  S.  H.  Firman,  Muris,  and  Subaer, “Studi  sifat  mekanik  dan  morfologi komposit  serat  daun  nanas-  epoxy ditinjau  dari  fraksi  massa  dengan orientasi  serat  acak,” J.  Sains  dan Pendidik.  Fis. ,  vol.  11,  no.  2,  pp.
185–191, 2015.