## KAJIAN EKSPERIMENTAL PENGARUH THERMAL SHOCK TERHADAP KEKUATAN TARIK MATERIAL KOMPOSIT BERSERAT DAUN NANAS
Islahuddin 1 , Meiki Eru Putra 1 , Sanny Ardhy 1 , Rina 2
1 Program Studi Teknik Mesin Universitas Dharma Andalas, Kampus Simpang Haru Padang islahuddin@unidha.ac.id, meikieruputra@gmail.com, sanny_padek@yahoo.co.id
2 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Padang, Kampus Limau Manis Padang rina.mesin@gmail.com
DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v3i1.1676
Abstrak: Pengunaan  material  komposit  berserat  alam  seperti  serat  daun  nanas  (pineapple  leaf) memiliki  potensi  yang  besar  untuk  dikembangkan  di  masa  yang  akan  datang.  Salah  satu  faktor pendukungnya  adalah  adanya  ketersediaan  bahan  baku  yang  melimpah  di  Indonesia.    Selain  itu, material  komposit  yang  dihasilkan  juga  memiliki  sifat  mekanik  yang  baik,  sifat  abrasif  yang  rendah dan  ramah  lingkungan.  Pada  penelitian  ini  material  komposit  dari  serat  daun  nanas  dibuat  secara manual  dengan  variasi  susunan  dan  orientasi  serat,  yaitu  1  lapis  45 o ,  1  lapis  90 o ,  2  lapis  45 o ,  dan  2 lapis 90 o . Untuk mengetahui sifat mekanik dari material ini terlebih dahulu dilakukan pengujian tarik. Standar  dimensi  dan  prosedur  pengujiannya  akan  mengacu  pada  ASTM  D638.  Pengujian  tarik dilakukan  dengan  memvariasikan  perlakuan  thermal  shock  terhadap  orientasi  dan  susunan  yaitu  0 siklus,  5  siklus,  10  siklus,  dan  15  siklus.  Hasil  dari  penelitian  ini  diperoleh  kekuatan  tarik  tertinggi pada  susunan  dan  orientasi  2  lapis  90 o tanpa  perlakuan  thermal  shock,  yaitu  sebesar  14,16  MPa dan kekuatan  tarik  terendah  pada  susunan  dan  orientasi  2  lapis  45 o 5  siklus  thermal  shock  sebesar  5,71 MPa.
Kata kunci: Serat daun nanas, kekuatan tarik, thermal shock, susunan dan orientasi serat

## PENDAHULUAN
Serat  daun  nanas  merupakan  salah  satu sumber  serat  alam  alternatif  yang  menjanjikan untuk  dikembangkan  dalam  jangka  panjang sebagai  penguat  pada  material  komposit.  Serat daun  nanas  harganya  relatif  murah  karena sumbernya  banyak  tersedia  di  berbagai  daerah di  Indonesia.  Selain  itu,  serat  daun  nenas mempunyai  sifat  mekanik  spesifik  yang  baik, sifat abrasif yang rendah dan ramah lingkungan.  Serat  daun  nanas  belum  banyak dimanfaatkan  sebagai  bahan  pengisi  komposit. Serat  daun  nanas  dimanfaatkan  hanya  terbatas untuk  bahan  baku  tekstil  dan  kerajinan  tangan. Di  masa  yang  akan  datang,  material  komposit dengan  penguat  serat  daun  nanas  dapat dimanfaatkan  di  industri  otomotif  atau  industri lainnya.  Namun,  serat  daun  nanas  sebelum dimanfaatkan  pada  sektor  industri  tersebut maka  perlu  dilakukan  pengujian  pada  material komposit berserat daun nenas.
Negara maju telah memanfaatkan material komposit  untuk  industri  penerbangan,  otomotif maupun  industri  perminyakan.  Pada  industri penerbangan,  material  komposit  telah  dipakai untuk bahan pembuatan sayap pesawat terbang. Bagian  sayap  pesawat  terbang  harus  memiliki
kekuatan  yg  baik,  kekakuan  yang  baik,  dan memiliki  bobot  yang  ringan.  Sayap  pesawat terbang  dengan  bobot  yang  ringan  akan berpengaruh terhadap konsumsi bahan bakarnya.  Selain  itu,  material  komposit  telah diaplikasikan sebagai bahan pembuatan dashboard  dan  bumper  mobil  Formula  Satu (F1).  Material  komposit  yang  terdapat  ada mobil  F1  akan  bermanfaat  dalam  mengurangi berat dari komposit tersebut.
Komposit  merupakan  salah  satu  material maju yang cukup potensial untuk dikembangkan  di  masa  yang  akan  datang. Material  tersebut  dari  segi  sifat  mekanik memiliki  massa  yang  ringan  dan  memiliki ketahanan  terhadap  korosi.  Dalam  sistem pemipaan  ketahanan  terhadap  pengaruh  korosi merupakan hal yang  perlu  diperhatikan mengingat  sebagian  besar  sistem  pemipaan berada  dalam  ruang  udara  terbuka.  Sistem pemipaan  yang  biasanya  menggunakan  bahan logam  seperti  baja  tentu  akan  mempengaruhi umur  pakai  dari  pemipaan  ini.  Bahan  sistem pemipaan  yang  terbuat  dari  logam  rentan terhadap  korosi.  Korosi  yang  terus  menerus terjadi  pada  material  akan  menyebabkan material  komposit  dalam  hal  ini  pipa  komposit
akan  mengalami  kegagalan  atau  kebocoran. Dengan  adanya  model  pipa  komposit  ini  dapat akan  memberikan  alternatif  untuk  mengatasi permasalahan korosi tersebut.
Berdasarkan  uraian  di  atas,  material komposit  serat  daun  nanas  dimanfaatkan sebagai  bahan  penelitian.  Serat  daun  nanas sebagai  pengisi  komposit  dibuat  dalam  bentuk spesimen  dengan  matriks  resin  polyester. Dalam  penelitian  ini,  material  pipa  komposit dilakukan  pengujian  tarik.  Pengujian  tarik dilakukan  untuk  melihat  kekuatan  tarik  dan regangan tariknya. DASAR TEORI

## Serat Alam
Tanaman nanas ini terdiri dari akar, batang, daun, bunga,  buah  dan  tunas-tunas.  Bagian  daun  nanas merupakan  salah  satu  yang  dapat  dimanfaatkan karena  mengandung  serat  dengan  kadar  selulosa yang  tinggi.  Kadar  selulosa  yang  terkandung dalam serat daun nanas berkisar 69,5-81%. Hal ini menggambarkan bahwa selulosa merupakan unsur yang  dominan  dari  serat  daun  nanas.  Komposisi selulosa serat daun nanas dapat diperlihatkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Kimia dari Beberapa Serat Alam [1] Fiber Cellulose (wt%) Hemicellulose (wt%) Lignin (wt%) Waxes (wt%) Bagasse 55.2 16.8 25.3 – Bamboo 26–43 30 21–31 – Flax 71 18.6–20.6 2.2 1.5 Kenaf 72 20.3 9 – Jute 61–71 14–20 12–13 0.5 Hemp 68 15 10 0.8 Ramie 68.6–76.2 13–16 0.6–0.7 0.3 Abaca 56–63 20–25 7–9 3 Sisal 65 12 9.9 2 Coir 32–43 0.15–0.25 40–45 – Oil palm 65 – 29 – Pineapple leaf 81 – 12.7 – Curaua 73.6 9.9 7.5 – Wheat straw 38–45 15–31 12–20 – Rice  husk 35–45 19–25 20 14–17 Rice  straw 41–57 33 8–19 8–38 Serat alam t e l a h d i g u n a k a n
d i b e r b a g a i   bidang  kehidupan  manusia. Serat  alam  d a p a t   digunakan    dalam material  yang  biasanya    menggunakan    serat buatan. Namun, serat alam dalam penggunaannya  terdapat  modifikasi    untuk menyesuaikan    dengan  sifat-sifat  dasar  dari serat  alam.

## Serat Daun Nanas
Serat  Nanas  jika  dibandingkan  dengan  serat kapas,  maka  kekuatan,  kekakuan  lentur  serat daun  nanas  lebih  tinggi  dari  serat  kapas.  Di antara  lapisan  tersebut  terdapat  banyak  ikatan atau  helai-helai  yang  terikat  satu  dengan  yang lain  oleh  sejenis  perekat  ( gummy  substance ) yang  terdapat  dalam  daun.  Serat  daun  nanas tidak  mempunyai  tulang  daun  sehingga  dapat memperkuat  daun  nanas  saat  pertumbuhannya.
Berat  daun  nanas  hijau  yang  masih  segar  akan menghasilkan  kurang  lebih  sebanyak  2,5% sampai 3,5% serat daun nanas [2].
Komposit Komposit adalah suatu material yang terbentuk  dari  kombinasi  dua  atau  lebih material  yang  menghasilkan  sifat    mekanik berbeda  dengan  material    pembentuknya. Komposit  terdiri  dari  dua  bahan  dasar,  yaitu matriks  sebagai  pengisi  dan  material  lainnya sebagai  fasa  penguat  ( reinforcement ).  Serat biasanya    bersifat    elastis,  mempunyai kekuatan    tarik  yang  baik,  namun  tidak  dapat digunakan  pada  temperatur    yang  tinggi. Matrik  biasanya  bersifat  ulet,  lunak  dan bersifat  mengikat  jika  sudah  mencapai  titik bekunya.  Kedua  bahan  yang  mempunyai  sifat berbeda  ini  digabungkan  untuk  mendapatkan
satu  bahan  baru  (komposit)  yang  mempunyai sifat yang berbeda dari sifat partikel penyusunnya [3].
Resin Thermosetting Jenis Polyester
Matriks  (resin)  dalam  susunan  komposit bertugas  melindungi  dan  mengikat  serat  agar dapat  bekerja  dengan  baik.  Matrik polyester paling  banyak  digunakan  terutama  untuk aplikasi  kontruksi  ringan.  Selain  itu,  matriks ini memiliki harga yang murah dan mempunyai karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai,  transparan,  dapat  dibuat  kaku  dan fleksibel,  tahan  air,  tahan  cuaca  dan  bahan kimia. Polyester dapat  digunakan  pada  suhu kerja  mencapai  79 o C  atau  lebih  tinggi tergantung partikel resin dan keperluannya [4]. Katalis Metyl    Etyl    Keton    Peroksida (MEKPO)  adalah    bahan    pengeras    untuk jenis    resin polyester .  Penambahan  katalis dalam  jumlah  banyak  menimbulkan  panas yang  berlebihan  pada  saat  proses curing. Hal ini  dapat  menurunkan  kualitas  atau  merusak produk  komposit.  Oleh  karena  itu,  pemakaian hardener dibatasi  maksimum  1%  sampai  2% dari volume resin [5].

## Pengujian Sifat Mekanik Material
Pengujian  bahan  atau  logam  bertujuan  untuk mendapatkan  atau  mengetahui  beberapa  sifat
bahan  logam  dengan  menggunakan  alat  uji. Pada  prinsipnya  sifat  bahan  logam  terbagi dalam  dua  kelompok,  yaitu  sifat  mekanik  dan sifat  fisik.  Walaupun  dalam  perkembangannya selain  dua  sifat  tersebut,  masih  ada  sifat  lain yang  juga  sangat  penting  dalam  aplikasinya, yaitu sifat kimia dan teknologi [6].
Sifat  mekanik  dapat  diartikan  sebagai  respon atau  perilaku  material  terhadap  pembebanan yang  diberikan,  dapat  berupa  gaya,  torsi  atau gabungan keduanya. Dalam prakteknya pembebanan  pada  material  terbagi  dua,  yaitu beban  statik  dan  beban  dinamik.  Perbedaan antara  keduanya  hanya  pada  fungsi  waktu  di mana beban statik tidak dipengaruhi oleh fungsi waktu,  sedangkan  beban  dinamik  dipengaruhi oleh  fungsi  waktu.  Sifat  mekanik  material biasanya diperoleh dengan melakukan pengujian  mekanik.  Pengujian  mekanik  pada dasarnya  bersifat  merusak  ( destructive  test ). Dari  pengujian  tersebut  akan  dihasilkan  kurva atau  data  yang  mencirikan  keadaan  dari material tersebut [7].

## METODE PENELITIAN
Proses penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan penelitian Gambar 1.
57

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini,  data  yang  didapatkan adalah grafik kekuatan tarik dan regangan tarik dari  model  pipa  komposit  dari  berbagai perlakuan thermal  shock .  Pengujian  lentur dilakukan  untuk  mendapatkan  grafik  kekuatan lentur  dan  modulus  elastisitas  lentur  dari  pipa komposit  dari  berbagai  perlakuan thermal shock .

## Hasil Uji Tarik Komposit
Dari  hasil  pengujian  tarik  komposit  serat  daun nanas  dengan  matrik  resin polyester adalah berupa  tegangan  tarik  ( tensile  strength ) dan regangan  tarik  ( elongation ).  Pada  pengujian tarik  divariasikan  perlakuan thermal  shock
terhadap  orientasi  dan  susunan  serat  dengan cara  spesimen  dipanaskan  dalam  oven  sampai temperatur  100 o C  selama  1  jam.  Spesimen direndam dalam air selama 30 menit. Proses ini dinamakan dengan 1 kali siklus. Pengujian tarik dilakukan 0, 5, 10, dan 15 siklus.
Dari  penelitian  ini  hasil  pengujian  tarik  yang diperoleh  hubungan  antara  kekuatan  tarik dengan thermal  shock dengan  berbagai  variasi susunan  dan  orientasi  serat.  Ilustrasi  hubungan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.
Selesai Mulai Studi Literatur Penyiapan Alat dan Bahan Penyiapan Serat Anyaman Serat Daun Nanas (2 Lapis) Anyaman Serat Daun Nanas (1 Lapis) Pembersihan Spesimen Alkali Treatment (NaOH 20%) Alkali Treatment (NaOH 20%) Matrik ( Polyester )
aa Matrik + Hardener Pembuatan Spesimen menurut ASTM D638 dengan variasi dan susunan serat aa Variasi Jumlah Siklus Thermal Shock 0, 5, 10, dan 15 Siklus Sifat Mekanik
(a)
(b) (c) (d)
Gambar 2. Kekuatan tarik komposit dengan variasi susunan dan orientasi serat terhadap thermal shock (a) kekuatan tarik vs thermal shock orientasi 45 o , (b) kekuatan tarik vs thermal shock orientasi 45 o , (c)  kekuatan tarik vs thermal shock susunan satu lapis, (d) ) kekuatan tarik vs thermal shock susunan dua lapis.
Dari penelitian ini diperoleh perbandingan  kekuatan  tarik  komposit  seperti terlihat pada Gambar 2. Perbandingan kekuatan tariknya  menunjukkan  bahwa  kekuatan  tarik komposit  serat  daun  nanas  dengan  susunan serat 2 lapis 90º tanpa perlakuan thermal shock mempunyai nilai kekuatan  tarik  tertinggi, yaitu sebesar  14.16  MPa.  Dari  Grafik  terlihat  juga bahwa  susunan  serat  2  lapis  juga  mempunyai kekuatan  tarik  yang  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  1  lapis.  Hal  ini  disebabkan  oleh kerapatan  dan  ketebalan  serat  dalam  komposit akan  mempengaruhi  perubahan  kekuatan  tarik yang  cukup  signifikan  dimana  semakin  rapat dan tebal serat dalam komposit akan menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi. Perlakuan thermal shock pada spesimen dengan susunan  dan  orientasi  serat  juga  sangat mempengaruhi  terhadap  kekuatan  tarik  dari komposit. Hal ini terlihat dari
komposit tanpa perlakuan thermal menunjukkan kekuatan tarik tertinggi dibandingkan dengan spesimen dengan perlakuan thermal  shock. Spesimen  dengan perlakuan  5  kali thermal  shock ,  kekuatan tariknya  sedikit  mengalami  penurunan.  Namun seiring  dengan  pertambahan  perlakuan thermal shock 10  dan  15  kali  terlihat  bahwa  terjadi penurunan kekuatan tarik yang jauh lebih besar. Hal  ini  disebabkan  oleh  ikatan  dan  struktur serat  dalam  komposit  telah  rapuh  sehingga kekuatannya akan berkurang.
Disamping  itu,  dari  pengujian  tarik  juga  dapat diperoleh  regangan  tarik  yang  terjadi  selama proses pengujian. Dari pengujian kekuatan tarik juga  diperoleh  hubungan  antara  regangan  tarik dengan thermal shock seperti pada Gambar 3. (a) (b) (c)
(d)
Gambar 3. Regangan tarik komposit dengan variasi susunan dan orientasi serat (a) regangan tarik vs thermal shock orientasi 90 o (b) regangan     tarik vs thermal shock orientasi 45 o (c) regangan tarik vs thermal shock susunan satu lapis (d) ) regangan vs thermal shock susunan dua lapis.
Dari  grafik  terlihat  bahwa  perlakuan  thermal mempengaruhi  regangan  tarik  yang  didapatkan dalam  pengujian.  Komposit  dengan  orientasi
serat  90 o mempunyai  regangan  tarik  yang  lebih tinggi  bila  dibandingkan  dengan  orientasi  serat 45 o . Hal ini disebabkan oleh adanya ikatan serat orientasi  90 o yang  lebih  kuat  dibandingkan dengan  orientasi  45 o .  Lapisan  serat  juga berpengaruh  terhadap  regangan  tarik  yang dihasilkan  di  mana  regangan  akan  meningkat seiring  dengan  bertambahnya  lapisan  serat dalam  komposit.  Regangan  tarik  tertinggi diperoleh  pada  material  komposit  dengan susunan  2  lapis  dan  orientasi  90º  tanpa perlakuan thermal shock sebesar  3.56  MPa, sedangkan  terendah  terjadi  pada  1  lapis  45º dengan perlakuan thermal 15 kali siklus sebesar 1.22 MPa. Secara umum dapat diperoleh bahwa semakin banyak siklus perlakuan thermal shock yang  diberikan  maka  regangan  tarik  yang diperoleh akan semakin rendah.

## PENUTUP Simpulan
1. Perlakuan thermal shock sangat mempengaruhi kekuatan tarik pipa komposit di mana semakin banyak perlakuan thermal  shock maka  kekuatan tarik  komposit  akan  semakin  turun. Kekuatan  tarik  tertinggi  diperoleh  pada susunan  dan  orientasi  2  lapis  90 o tanpa perlakuan thermal yaitu sebesar 14.16 MPa dan  kekuatan  tarik  terendah  pada  susunan dan  orientasi  2  lapis  45º  5  siklus thermal shock .
2. Regangan  tarik  tertinggi  diperoleh  pada material  komposit  dengan  susunan  2  lapis dan  orientasi  90º  tanpa  perlakuan thermal shock sebesar  3.56  MPa,  sedangkan terendah  terjadi  pada  1  lapis  45º  dengan perlakuan  thermal  15  kali  siklus  sebesar 1.22 MPa.
Saran 1. Untuk mendapatkan keseragaman anyaman serat daun nanas maka lebih baik dilakukan  menggunakan  alat  anyam  tidak manual  sehingga  diperoleh  meshing  yang sama.
2. Dilakukan  pengujian  sifat  mekanik  lain sehingga  hasil  yang  diperoleh  akan  lebih baik.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Peneliti  mengucapkan  terima  kasih  kepada Direktorat  Riset  dan  Pengabdian  Masyarakat, Kementrian  Riset,  Teknologi  dan  Pendidikan
Tinggi  atas  dukungan  yang  diberikan  kepada peneliti  berupa  bantuan  dana  penelitian  yang menunjang berlangsungnya penelitian ini dengan baik.
.

## DAFTAR PUSTAKA
Diharjo,  K.,  dkk., Tensile  Properties  of Random  kenaf  Fiber  Reinforced  Polyester Composite ,  National  Seminar  Proceeding, Center of Inter University, UGM,
Yogyakarta, Indonesia, 2005.
Faruk, O., dkk., Biocomposites Reinforced with Natural  Fibers ,      Progress  in  Polymer Science,  2005,  Diambil  20  Juli  2016   dari http://www.elsevier.com/locate/ppolysci Febri,  A.,  Putu,  I., Pembuatan  Serat  Nanas untuk  Tekstil  dan  Kerajinan ,  2015, Diambil 21 Juli 2016 dari http://dokumen.tips/documents/serat- nanas-55bd1a125e697.html
Astika,  I  Made.,  dkk., Sifat  Mekanik  Komposit Polyester  dengan  Penguat  Serat  sabut Kelapa ,  2013,  Diambil  21  Juli  2016  dari http://www.download.portalgaruda.org/arti cle.php
Schwartz,  M.  M., Composite  Materials Handbook ,  Mc. Graw-Hill  Inc  New  York, 1984.
Anonim, Technical  Data  Sheet ,  P.T.  Justus Kimia Raya, Jakarta, 2001.
Ardra, Pengujian Sifat Mekanik Bahan Logam , Diambil 22 Juli 2016 dari https://www.ardra.biz/sain- teknologi/metalurgi/besi-baja-iron-
steel/pengujian-sifat mekanik-bahan- logam/karakteristik-sifat-material-bahan- logam/