## PENGARUH UKURAN PARTIKEL DAN KOMPOSISI TERHADAP SIFAT KEKUATAN BENTUR KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI SERAT DAUN NANAS
Syahrinal Anggi Daulay, Fachry Wirathama, Halimatuddahliana Departemen Teknik Kimia, FakultasTeknik,Universitas Sumatera Utara,
Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia Email : anggidaulay08007@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  ukuran partikel  dan  komposisi  serat daun  nanas terhadap sifat kekuatan bentur komposit epoksi berpengisi serat daun nanas. Komposit dibuat dengan metode hand  lay  up dengan  mencampurkan  epoksi  dan  pengisi  serat  daun  nanas  dengan  variasi ukuran  partikel  30  mesh,  40  mesh,  70  mesh,  100  mesh,  dan  rasio  fraksi  volum  antara  pengisi  dan matriks 5/95, 10/90, 15/85 (v/v). Sifat mekanik yang diuji yaitu kekuatan bentur dan didukung dengan analisa SEM. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa penambahan serat daun nanas pada komposit epoksi  secara  umum  meningkatkan  sifat  kekuatan  bentur  komposit,  dengan  performa  terbaik ditunjukkan variasi ukuran partikel 100 mesh dengan rasio 90/10 (v/v), dimana melalui analisa SEM menunjukkan  penyebaran  serat  dengan  ukuran  partikel  100  mesh  memiliki  pendistribusian  fasa pengisi yang lebih baik.
Kata kunci: serat daun nanas, epoksi, kekuatan bentur

## Abstract
This  research  was  aimed  to  investigate  the  effect of pineapple leafs  particle  size  and  pineapple  leaf fiber  composition  of  the  impact  strength  of  epoxy  composites  filled  with  pineapple  leaf  fibers.  The composites were made by hand lay up method by mixing epoxy and pineapple leaf fiber with  particle size variation of 30 mesh, 40 mesh, 70 mesh, 100 mesh, and volume fraction ratio between filler and matrix  5/95,  10/90,  15/85  (v/v).  Mechanical  properties  wich  tested  was  impact  strength  and supported with SEM analysis. The results obtained show that the addition pineapple leaf fiber as filler in epoxy composites generally increase the impact strength of the composites, with best performance shown by 100 mesh particle size variation with ratio 90/10 (v/v) which from SEM analysis show that this variation having better filler distribution.
Keywords : pineapple leaf fiber, epoxy, impact strength

## Pendahuluan
Dalam  dunia  yang  modern  ini  penggunaan material  komposit  mulai  banyak  dikembangkan dalam  dunia  industri  manufaktur.  Penggunaan material  komposit  yang  ramah  lingkungan  dan bisa  didaur  ulang  kembali,  merupakan  tuntutan teknologi  saat  ini.  Salah  satu  komposit  yang berkembang  di  dunia  industri  yaitu  material komposit  dengan  pengisi  ( filler )  baik  yang berupa  serat  alami  maupun  serat  buatan.  Pada dasarnya material komposit merupakan gabungan  dari  dua  atau  lebih  material  yang berbeda  menjadi  suatu  bentuk  unit mikroskopik, yang  terbuat  dari  bermacam-macam  kombinasi sifat atau gabungan antara serat dan matrik. Saat ini  bahan  komposit  yang  diperkuat  dengan  serat merupakan bahan teknik yang banyak digunakan karena kekuatan dan kekakuan spesifik yang jauh di atas bahan teknik pada umumnya [8].
Epoksi  termasuk  kelompok  polimer  jenis termoset  yang  banyak  digunakan  sebagai  bahan pelapis,  perekat,  dan  sebagai  matriks  pada
material  komposit.  Bahan  ini  sangat  luas digunakan pada banyak aplikasi seperti automotif, aerospace, perkapalan,  dan  peralatan elektronik [9].
Adapun  kelebihan  epoksi  ini  dibandingkan dengan resin  lain  yaitu  sifat mekanik  dan termal yang tinggi, sangat tahan terhadap air, penyusutan sangat rendah, usia pakai lama, tahan temperatur hingga 220 0 C, daya tahan kimia dan stabilitas  dimensi  yang  baik,  sifat-sifat  listrik yang  baik,  kuat  dan  daya  lekat  pada  gelas  dan logam  yang  baik  [13].  Epoksi  mengandung gugus – gugus kimia, diantaranya C = C, O  – H dan  C  –  H  [12].  Adanya  gugus  O  –  H mengindikasikan bahwa epoksi memiliki potensi untuk berinteraksi dengan gugus O – H yang ada pada serat daun nanas.
Sementara  itu,  penggunaan  serat  alami sebagai  pengisi/penguat  pada  bahan  komposit disebabkan  karena  melimpahnya  jenis  tanaman penghasil serat, khususnya di Indonesia, sehingga  membuat  para  peneliti  tertarik  untuk
mengembangkan material komposit menggunakan  bahan  dari  serat  alam.  Material komposit yang berasal dari serat alam kekuatannya  tidak  kalah  dengan  material komposit dari logam seperti aluminum [6].
Nanas  atau Ananas  comosus merupakan salah satu alternatif tanaman penghasil serat yang selama  ini  hanya  dimanfaatkan  buahnya  sebagai sumber  bahan  pangan,  sedangkan  daun  nanas dapat  dimanfaatkan  sebagai  bahan  penghasil serat  tekstil  [1].  Dari  penelitian  yang  telah dilakukan  oleh  Mujiyono  dan  Didik  [11], diperoleh  bahwa  serat  daun  nanas  memiliki kekuatan  tarik  hampir  dua  kali  lebih  tinggi dibandingkan  dengan fiberglass ,  yaitu  42,33 kg/mm 2 untuk  serat  daun  nanas  dan  21,65 kg/mm 2 untuk fiberglass. Dengan demikian serat daun  nanas  memiliki  potensi  untuk  digunakan sebagai pengisi dalam suatu komposit.
Berdasarkan  uraian  di  atas maka  dilakukan kajian  mengenai  pemanfaatan  serat  daun  nanas sebagai pengisi pada matriks resin epoksi dimana ukuran  partikel  serat  dan  komposisi  serat dijadikan sebagai variabel untuk melihat karakter dari  sifat  ketahanan  bentur  yang  dihasilkan dengan  tujuan  dapat  menghasilkan  bahan komposit yang memiliki sifat – sifat yang unggul / lebih baik.

## Teori
Komposit  adalah  suatu  material  yang terbentuk dari kombinasi dua  atau lebih material penyusunnya  melalui  proses  pencampuran  yang tidak  homogen,  dimana  sifat  mekanik  dari masing-masing  material  pembentuknya  berbeda. Komposit merupakan sistem multi fasa gabungan, yang  menggabungkan  bahan  matriks  (resin) sebagai  pengikat  dengan  bahan  lain  sebagai  fasa pengisi. Material komposit mempunyai sifat dari material  konvensional  pada  umumnya,  dari proses pembuatannya melalui proses percampuran yang tidak homogen, sehingga kita dapat  dengan  leluasa  merencanakan  kekuatan material  komposit  yang  kita  inginkan  dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. [10].

## Resin Epoksi
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses pencetakan komposit epoksi:
1. Mempunyai penyusutan yang kecil pada pengawetan.
2. Dapat  diukur  dalam  temperatur  kamar dalam waktu yang optimal.
3. Memiliki  viskositas  yang  rendah  yang dapat  disesuaikan  dengan  material penyangga.
4. Memiliki  kelengketan  (sifat  adesif) yang baik dengan material penyangga.
Resin  epoksi  mengandung  struktur  epoksi atau oxirene .  Resin  ini  berbentuk  cairan  kental atau  hampir  padat,  yang  digunakan  untuk material  ketika hendak  dikeraskan.  Resin  epoksi jika  direaksikan  dengan  hardener  yang  akan membentuk  polimer crosslink . Hardener untuk sistem  curing  pada  temperatur  ruang  dengan resin  epoksi  pada  umumnya  adalah  senyawa poliamida  yang  terdiri  dari  dua  atau  lebih  grup amina. Curing  time sistem  epoksi  sangat bergantung  pada  kereaktifan  atom  hidrogen dalam  senyawa  amina.  Reaksi curing pada sistem  resin  epoksi  terjadi  secara  eksotermis, berarti  melepaskan  sejumlah  kalor  saat  proses curing berlangsung.  Laju  kecepatan  proses curing bergantung pada temperatur ruang. Untuk kenaikan  temperatur  setiap  10 o C,  maka  laju kecepatan curing akan  menjadi  dua  kali  lebih cepat, sedangkan untuk penurunan temperaturnya  dengan  besar  yang  sama,  maka laju  kecepatan curing akan  turun    setengah  dari laju  kecepatan curing sebelumnya.    Epoksi memiliki  ketahanan  korosi  yang  lebih  baik  dari pada polyester pada keadaan basah, namun tidak tahan  terhadap  asam.  Epoksi  memiliki  sifat mekanik, listrik, kestabilan dimensi dan penahan panas yang baik [2].

## Serat Daun Nanas
Serat  daun  nanas  adalah  salah  satu  jenis serat  alam  yang  berasal  dari  tumbuhan  yang diperoleh dari daun tanaman nanas. Bentuk daun nanas  menyerupai  pedang  yang  meruncing diujungnya  dengan  warna  hijau  kehitaman  dan pada  tepi  daun  terdapat  duri  yang  tajam. Tergantung  dari  spesies  atau  varietas  tanaman, panjang daun nanas berkisar antara 55 sampai 75 cm  dengan  lebar  3,1  sampai  5,3  cm  dan  tebal daun antara 0,18 sampai 0,27 cm.
Tabel 1 menunjukkan komposisi serat daun nanas dan beberapa serat alam lainnya.
Tabel 1. Komposisi Serat Daun Nanas dan Serat Alam lainnya [4]
Komposisi Kimia Nanas (%) Kapas (%) Rami (%) Alpha Selulosa 69,5 – 71,5 94 72 – 92 Pentosa 17 – 17,8 - - Lignin 4,4 – 4,7 - 0 – 1 Pektin 1 – 1,2 0,9 3 – 27 Wax 3 – 3,3 0,6 0,2 Abu 0,71 – 0,87 1,2 2,87 Zat – zat lain (protein, asam organik, dll) 4,5 – 5,3 1,3 6,2
Proses  pengambilan  serat  daun  nanas  pada umumnya  dilakukan  pada  usia  tanaman  berkisar antara  1  sampai  1,5  tahun.  Serat  yang  berasal dari  daun  nanas  yang  masih  muda  pada umumnya  tidak  panjang  dan  kurang  kuat. Sedangkan  serat  yang  dihasilkan  dari  tanaman nanas  yang  terlalu  tua,  terutama  tanaman  yang pertumbuhannya  di  alam  terbuka  dengan intensitas matahari cukup tinggi tanpa pelindung, akan  menghasilkan  serat  dengan  karakter  yang pendek, kasar dan getas [4].
Adapun  perbandingan  sifat  mekanis  serat daun  nanas  dengan  beberapa  serat  alam  lainnya dapat dilihat pada Tabel 2 di bawah ini :
Tabel 2. Sifat - Sifat Mekanis Serat Alami [7] Serat Kekuatan Tarik (MPa) Elongasi (%) Kekerasan (MPa) Tanda sawit 248 14 2.000 Mesocarp sawit 80 17 500 Sabut kelapa 140 25 3.200 Pisang 540 3 816 Sisal 580 4,3 1.200 Daun nanas 640 2,4 970

## Metodologi Bahan
Epoksi  diperoleh  dari  cabang  PT.  Justus Kimia Raya yang beralamat di Medan , dan serat daun  nanas  diperoleh  dari  CV.  Hasanah  Niaga yang beralamat di Tangerang.

## Prosedur Kerja
Komposit  dibuat  dengan  metode hand  lay up dimana  resin  epoksi  dan hardener dicampur dengan  perbandingan  1  :  1,  dan  kemudian ditambahkan  serat  daun  nenas  yang  sudah dihaluskan  sesuai  dengan  ukuran  partikel  yang sudah  ditentukan  dengan  rasio  komposisi  antara matriks  dan  pengisi  yang  telah  ditentukan. Cetakan  disiapkan  dengan  menggunakan  lilin yang  beralas  kaca  dan  dilapis  plastik  tipis, kemudian  lilin  dibentuk  sesuai  dengan  bentuk sampel  pengujian  ketahanan  bentur  sesuai dengan standar ASTM D 4812-11.
Kemudian  tuang  resin  epoksi  kedalam beaker  glass  diikuti  dengan  penambahan  serat daun  nanas  dan  diaduk  selama  5  menit,  setelah merata  tambahkan hardener dan  diaduk  selama 3  menit.  Selanjutnya  tuangkan  resin  ke  dalam cetakan  dan  ratakan  bagian  permukaannya, setelah  rata  komposit  didiamkan  selama  1  hari pada  suhu  ruangan.  Setelah  mengeras  komposit dikeluarkan  dari  cetakan  dan  dihaluskan  bagian permukaannya dengan menggunakan kertas pasir.
Selanjutnya  dilakukan  pengujian  terhadap  sifat ketahanan bentur komposit.
Hasil dan Pembahasan 1. Karakteristik Kekuatan Bentur Gambar 1. menunjukkan pengaruh penambahan  bahan  pengisi  serat  daun  nanas terhadap sifat ketahanan bentur komposit epoksi.

## Gambar 1. Hasil Pengujian Kekuatan Bentur
Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa dengan penambahan bahan pengisi dari rasio matriks dan pengisi  95/5  menjadi  90/10  (v/v)  dapat meningkatkan  kekuatan  bentur  komposit  untuk semua  ukuran  partikel  serat.  Penambahan  serat daun  nanas  yang  merupakan  serat  organik  yang memiliki  kandungan  lignin  yang  berfungsi sebagai  pengikat  molekul  –  molekul  selulosa dalam serat daun nanas yang dapat menyebabkan peningkatan  kekakuan  dan  kekerasan  dari komposit  epoksi,  dengan  demikian  komposit akan  mampu  menahan  tegangan  ( stress )  yang lebih  banyak  seiring  dengan  bertambahnya kandungan pengisi [3].
Penurunan kekuatan bentur komposit terjadi  pada  rasio  antara  matriks  dan  pengisi 85/15  (v/v).  Hal  ini  disebabkan  karena  jumlah serat sebagai pengisi semakin banyak, sedangkan jumlah matriks semakin menurun, sehingga resin epoksi  sebagai  matriks  tidak  dapat  membahasi seluruh  permukaan  serat  sehingga  akan  memicu pembentukan  fraksi  kosong  ( void )  didalam struktur komposit.
Pada  Gambar  1  juga  dapat  dilihat  bahwa dengan  semakin  kecilnya  ukuran  partikel  maka meningkatkan kekuatan  bentur  komposit  dengan rasio  95/5  dan  90/10  (v/v)  untuk  semua kandungan  pengisi.  Hal  ini  disebabkan  karena semakin  kecil  ukuran  partikel  maka  akan  lebih mudah  terdistribusi  secara  merata  ke  seluruh bagian  matriks  dan  akan  membentuk  daerah
antarfasa  yang  lebih  luas,  sehingga  transfer tegangan antara matriks dan pengisi dapat terjadi [5].
2. Karakteristik Kekuatan Bentur
Berikut merupakan gambar hasil analisa SEM:
(a) (b)

## (c)

## Gambar 2. Hasil Analisa SEM
(a)  Epoksi Tanpa Pengisi Perbesaran 500x (b)  Komposit Epoksi - Serat Daun Nanas 30 mesh perbesaran 500x (c)  Komposit Epoksi - Serat Daun Nanas 100 mesh perbesaran 500x
Pada  Gambar  2  (a)  dapat  dilihat  morfologi patahan  uji  bentur  dari  epoksi  murni  yang memiliki  struktur  permukaan  tidak  rata  dan terdapat beberapa fraksi kosong ( void ). Selanjutnya  pada  Gambar  2  (b)  menunjukkan morfologi  patahan  dari  komposit  epoksi  -  serat daun  nanas  30  mesh  dengan  permukaan  tidak rata dan terdapat serat di dalamnya, serta terdapat beberapa  rongga  berukuran  besar  peninggalan serat  yang  tercabut.  Sedangkan  Gambar  2  (c) menunjukkan  patahan  komposit  epoksi  –  serat daun nanas 100  mesh dengan bentuk permukaan
yang tidak merata, dan fasa pengisi yang tersebar dengan cukup baik.
Seperti  yang  dapat  dilihat  dari  Gambar  2 hasil analisa SEM yang menunjukkan penyebaran  serat  lebih  merata  untuk  komposit dengan  pengisi  patikel  100  mesh  dibandingkan dengan  komposit  epoksi  dengan  partikel  pengisi 30 mesh.

## Kesimpulan
Pengisi  serat  daun  nanas  mampu meningkatkan  kekuatan  bentur  komposit, dimana  kekuatan  bentur  maksimal  diperoleh pada  variasi  ukuran  partikel  100  mesh  pada rasio matriks dan pengisi 90/10 yaitu sebesar 12,3425 KJ/m 2 berada di atas kekuatan lentur epoksi murni yaitu sebesar 9,5061 KJ/m 2 .

## Daftar Pustaka
[1]  Asbani  N, Prospek  Serat  Daun  Nanas Sebagai Bahan Baku Tekstil , Malang, Balai
Penelitian  Tanaman  Tembakau  da,  Serat, 2011. [2]  Darmansyah, Evaluasi  Sifat  Fisik dan Sifat Mekanik  Material  Komposit  Serat/Resin
Berbahan  Dasar  Serat  Nata  De  Coco Dengan  Penambahan  Nanofiller ,  Tesis, Program  Pasca  Sarjana  Teknik  Kimia  UI, Depok, 2010. [3]  Hartanto  L, Study  Perlakuan  Alkali  dan Fraksi  Volume  Serat  Terhadap  Kekuatan Bending,  Tarik,  dan  Impak  Komposit Berpenguat Serat Rami Bermatriks Polyester , Skripsi, Program Sarjana Fakultas Teknik UMS, Surakarta, 2009. [4]  Hidayat  P, Teknologi  Pemanfaatan  Serat Daun  Nanas  Sebagai  Alternatif  Bahan Baku  Teksti, Skripsi,  Program  Sarjana Fakultas Pertanian UII, Yogyakarta, 2007.
[5]  Husseinsyah  S,  Mostapha  M,  2011, The Effect  of  Filler  Content  on  Properties  of Coconut Shell Filled Polyester Composites .
Malaysian Polymer Journal Vol 6, No. 1 hal 87-97.
[6]  Ifannossa  A,  A E  Hadi, Analisa  Kekuatan Tarik  Komposit  Serat  Bambu  Laminat Helai  dan  Wooven  yang  Dibuat  Dengan Metode  Manufaktur  Hand  Lay-Up .  Skripsi,
Program  Sarjana  Teknik  Kimia  ITB, Bandung, 2010.
[7]  Iswanto  H, Papan  Partikel  Dari  Ampas Tebu ,  Skripsi,  Program  Sarjana  Fakultas Teknik USU, Medan, 2009.
[8]   Jones  R  M,  Mechanics  of  Composite Materials.  Washington  DC,  Scripta  Book Company, 1975.
[9]  Liu T, Morphology and Fracture Behaviour
of Interacaleted Epoxy/Clay
Nanocomposites , Journal of Applied Polymer  Science,  Vol  94.  1236-1244. Wiley Periodicals, Inc NY, 2004.
[10]  Matthews  F  L,  dan  Rawlings  R  D,
Composite Material Enginering and Science ,  London  :  Imperial  College  of Science Technology and Madicine, 1993. [11]  Mujiyono dan Didik H, Pemanfaatan Serat Daun  Nanas  Sebagai  Penguat  Material
Komposit , Skripsi, Program Sarjana
Fakultas Teknik UNY, Yogyakarta, 2009.
[12]  Rusmiyatno  F, Pengaruh  Fraksi  Volume Serat  Terhadap  Kekuatan  Tarik  dan Kekuatan  Bending  Komposit  Nylon/Epoxy Resin  Serat  Pendek  Random .  Skripsi, Program  Sarjana  Fakultas  Teknik  UNS, Semarang, 2007.
[13]  Subawi H, Komposit , Bandung : Dirgantara Indonesia, 2009.