BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposit

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya, baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (Nurun, 2013). Material komposit dapat didefinisikan sebagai kombinasi dari dua atau lebih bahan yang menghasilkan sifat yang lebih baik daripada sifat bahan penyusunnya (Campbell, 2010). Menurut Lokantara (2012), komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda dimana satu material sebagai fasa pengisi (matriks), dan yang lainnya sebagai fase penguat (reinforcement). Pada umumnya suatu bahan komposit adalah tunggal, dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat unsur bahan penyusunnya.Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matriks) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik.Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre/fiber).Beberapa faktor yang mempengaruhi Fiber-Matriks Composite antara lain: 1. Jenis serat, serat digunakan untuk dapat memperbaiki sifat dan struktur matik, mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi. 2. Orientasi

serat,

menentukan

kekuatan

mekanik

komposit

yang

mempengaruhi kinerja komposit tersebut. 3. Panjang serat, sangat berpengaruh terhadap kekuatan dimana serat panjang lebih kuat dibandingkan serat pendek. 4. Bentuk serat, pada umumnya semakin kecil diameter serat akan menghasilkan kekuatan komposit yang semakin tinggi. 5. Jenis matrik, matrik berfungsi sebagai pengikat serat menjadi sebuah unit struktur,

melindungi

dari

perusakan

eksternal,

meneruskan

atau

memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik. 6. Ikatan serat-matrik, keberadaan void dalam komposit akan mengurangi

Universitas Sumatera Utara

kekuatan komposit yang disebabkan ikatan interfacial antara matrik dan serat yang kurang besar. 7. Katalis / pengeras, digunakan untuk membantu proses pengeringan resin dan serat dalam komposit. (Setyawan, 2012). 2.1.1 Manfaat Bahan Komposit Bahan komposit dapat digunakan dalam berbagai bidang, seperti : 1.

Luar angkasa

: komponen pesawat terbang, komponen helikopter, dan komponen satelit.

2.

Auto mobile

: komponen mobil, komponen kereta, komponen mesin.

3.

Olahraga dan rekreasi :stik golf, sepatu olahraga, raket tenis, sepeda.

4.

Industri pertahanan

: komponen jet tempur, peluru, komponen kapal selam.

5.

Industri pembinaan

: jembatan, terowongan, tank.

6.

Kesehatan

: kaki palsu, sambungan sendi pada pinggang.

7.

Marine/kelautan

: kapal layar, kayak.

2.1.2 Klasifikasi Komposit Menurut (Schwartz,1984), secara garis besar ada lima jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakan yaitu: 1. Komposit serat (fiber composite) Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan menggunakan serat penguat. Serat yang digunakan biasanya berupa serat gelas, serat karbon, serat aramid, dan sebagainya. Serat ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. Komposit yang diperkuat dengan serat dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu: (a) Komposit serat pendek (short fiber composite) Komposit yang diperkuat dengan serat pendek umumnya sebagai matriknya adalah resin termoset yang amorf atau semikristalin. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dibagi menjadi dua bagian, :


b. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek yang mengandung orientasi secara acak (inplane random orientation). Secara acak biasanya derajat orientasi dapat terjadi dari suatu bagian ke bagian yang lain. Akibat langsung dari distribusi acak serat ini adalah nilai fraksi volume lebih rendah dalam material yang menyebabkan bagian resin lebih besar. Fraksi berat yang lebih rendah berhubungan dengan ketidakefisienan balutan dan batasan-batasan dalam proses pencetakan. c. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek yang terorientasi atau sejajar antara satu dengan yang lain.Tujuan pemakaian serat pendek adalah memungkinkan pengolahan yang lebih mudah, lebih cepat, produksi yang lebih murah, dan lebih beraneka ragam (Emma,1992). b. Komposit serat panjang (longfiber composite) Keistimewaan komposit serat panjang adalah akan lebih mudah untuk diorientasikan, jika dibandingkan dengan serat pendek. Walaupun demikian serat pendek memiliki rancangan yang lebih banyak. Secara teoritis, serat panjang dapat menyalurkan pembebanan atau tegangan dari suatu titik pemakaiannya. Pada prakteknya hal ini tidak mungkin terjadi, karena variabel pembuatan komposit serat panjang tidak mungkin memperoleh kekuatan tarik melampaui panjang nya. Perbedaan serat panjang dan serat pendek yaitu serat pendek dibebani secara tidak langsung, atau kelemahan matriks akan menentukan sifat dari produk komposit tersebut yakni jauh lebih kecil dibandingkan dengan besaran yang terdapat pada serat panjang. Bentuk serat panjang memiliki kemampuan yang tinggi, disamping itu kita tidak perlu memotong-motong serat. Fungsi penggunaan serat sebagai penguat secara umum adalah sebagai bahan yang dimaksudkan untuk memperkuat komposit, disamping itu penggunakan serat juga untuk mengurangi penggunaan resin, sehingga akan diperoleh suatu bahan komposit yang lebih kuat, kokoh, dan tangguh jika dibandingkan produk bahan komposit yang tidak menggunakan serat penguat (Emma,1992).


(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.1 Komposit Serat (fibrous composites ) ; (a) Continous FiberComposite (b)Woven fiber composite (c) Chopped Fiber Composite (d) Hybrid Composite

d. Komposit laminat (laminated composite) Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabungkan menjadi satu, dan setiap lapisannya memiliki karakteristik khusus. Komposit laminat ini terdiri dari empat jenis, yaitu komposit serat kontinyu, komposit serat anyam, komposit serat acak, dan komposit serat hibrid. Komposit yang terdiri dari lapisan yang diperkuat oleh matrik sebagai contoh adalah plywood yangs erring digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya, manipulasi makroskopis yang dilakukan yang tahan terhadap korosi, kuat, dan tahan terhadap temperatur.

Gambar 2.2 Komposit Lapis (laminated composite)

e. Komposit pertikel (particulated composite) Merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriks. Komposit yang terdiri dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen yang kita jumpai sebagai beton, senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.


Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan, kelembaban, katalisator dan lain-lain. Komposit partikel ini berbeda dengan jenis serat acak sehingga bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat dipengaruhi oleh tegangan koheren diantara fase partikel dan matriks yang menunjukkan sambungan yang baik.

Gambar 2.3 Komposit Partikel

f. Komposit serpihan (flake composite) Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnyayang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas serpihserpih yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan kedalam matriks. Sifat-sifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar dan datar sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas penampang lintang tertentu. Pada umumnya serpihan-serpihan saling tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena penetrasi atau perembesan. g. Komposit pengisi (filler composite) Komposit ini terdiri dari struktur sambungan tiga dimensi yang menerobos struktur dimensi atau impregnasi dengan dua phase material pengisi. Pengisi juga mempunyai bentuk tiga dimensi yang ditentukan oleh kekosongan di dalam matriks.


2.2 Serat Serat secara umum terdiri dari dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis.Serat alam adalah serat yang diperoleh langsung dari alam.Serat atau fiber dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama penahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan (diameter serat mendekati ukuran kristal) maka semakin kuat bahan tersebut, karena minimnya cacat pada material (Oroh dkk, 2013). Serat merupakan bahan yang kuat, kaku, dan getas. Karena serat yang terutama menahan gaya luar, ada dua hal yang membuat serat menahan gaya yaitu: 1. Perekatan (bonding) antara serat dan matriks (intervarsial bonding) sangat baik dan kuat sehingga tidak mudah lepas dari matriks (debonding). 2. Kelangsingan (aspec ratio) yaitu perbandingan antara panjang serat dengan diameter serat cukup besar. Serat dicirikan oleh modulus dan kekuatannya yang sangat tinggi, elongasi (daya rentang yang baik ), stabilitas panas yang baik, kemampuan untuk diubah menjadi filamen–filamen dan sejumlah sifat–sifat lain yang bergantung pemakaian (Stevens,2001). 2.2.1 Serat sebagai Penguat Secara umum dapat dikatakan bahwa fungsi serat adalah sebagai penguat bahan untuk memperkuat komposit sehingga sifat mekaniknya lebih kaku, tangguh dan lebih kokoh dibandingkan dengan tanpa serat penguat, selain itu serat juga menghemat penggunaan resin. Dalam penggabungan antara serat dan resin, serat akan berfungsi sebagai penguat (reinforcement) yang biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan tinggi, sedangkan resin berfungsi sebagai perekat atau matrik untuk menjaga posisi serat, mentransmisikan gaya geser dan juga berfungsi sebagai pelapis serat. Matriks biasanya mempunyai kekuatan relatif rendah tetapi ulet, karena itu serat secara dominan akan menentukan kekuatan dan kekakuan komposit. Sifat mekanik komposit sangat dipengaruhi oleh orientasi seratnya, komposit bisa bersifat quasi-isotropic ketika digunakan serat pendek yang diorientasikan secara acak, anisotropic ketika digunakan serat panjang yang diorientasikan pada beberapa arah, atau orthotropic ketika digunakan serat panjang yang diorientasikan terutama pada arah yang saling tegak lurus.Kekuatan komposit sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis, geometri, arah,


distribusi, dan kandungan serat (Jamasri, 2008). Beberapa syarat dari serat untuk dapat memperkuat matriks antara lain: 1. Mempunyai modulus elastisitas yang tinggi 2. Kekuatan lentur yang tinggi 3. Perbedaan kekuatan diameter serat harus relative sama 4. Mampu menerima perubahan gayadari matriks dan mampu menerima gaya yang bekerja padanya.

2.2.2 Serat Alam Serat secara umum terdiri dari dua jenis, yaitu serat alam dan serat sintetis.Serat alam adalah serat yang dapat langsung diperoleh dari alam.Biasanya berupa serat yang dapat langsung diperoleh dari tumbuh-tumbuhan dan binatang. Serat yang banyak digunakan oleh manusia diantaranya adalah kapas, wol, sutera, pelepah pisang, sabut kelapa, ijuk, bambu, nanas dan kenaf atau goni. Salah satu serat yang terbaru adalah serat palem saray. Serat alam memiliki kelemahan yaitu ukuran serat yang tidak seragam, kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh usia. Serat sintetis adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik dengan komposisi kimia tertentu. Serat sintetis mempunyai beberapa kelebihan yaitu sifat dan ukurannya yang relatif seragam, kekuatan serat dapat diupayakan sama sepanjang serat. Serat sintetis yang telah banyak digunakan antara lain serat gelas, serat karbon, kevlar, nylon, dan lain-lain. Perbedaan antara serat alami dan serat sintetis yang digunakan pada pembuatan komposit dapat dilihat pada tabel perbandingan berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan antara Serat Alami dan Serat Sintetis

Parameter Massa jenis Biaya Terbarukan Kemampuan didaur ulang Konsumsi energy Distribusi luas

Serat alam Rendah Rendah Ya Ya Rendah Luas

Serat sintesis 2x serat alami Lebih tinggi dari serat alam Tidak Tidak Tinggi Luas


Menetralkan CO2 Menyebabkan abrasi Resiko kesehatan Limbah

Ya Tidak Tidak Biodegradable

Tidak Ya Ya Tidak Biodegradable

2.2.3 Serat sisal Tanaman sisal adalah tanaman perdu dengan daun-daun yang menjulang berbentuk pedang dengan panjang 1,5 sampai 2 meter. Tanaman ini dapat bertahan hidup dalam kondisi kering, dapat tumbuh pada tanah cadas atau berbatu-batu dengan kemiringan lebih dari 30o. Umumnya ada dua tipe klom sisal yaitu yang tepi daunya berduri dan yang tidak berduri. Klasifikasi dari tanaman sisal adalah sebagai berikut :

Gambar 2. Tanaman sisal Kingdom Divisi Kelas Ordo Famili Genus Spesies

: Plantae : Magnoliophyta : Liliopsida : Liliales : Agavaceae : Agave : Agave sisalana

Dari tanaman sisal ini yang dapat diolah hanyalah daunnya. Dari daun sisal dapat diperoleh serat-serat yang bisa diolah lagi menjadi bermacam-macam produk. Di industri tradisonal serat sisal digunakan untuk pembuatan karung, tali temali, keset dan sapu. Kebutuhan dunia industri terhadap serat terus meningkat seiring dengan perkembangan agroindustri yang berbahan baku serat seperti industri rumah tangga, industri tali temali, interior mobil dan industri pulp kertas.


Bahan serat seperti sisal memiliki potensi pasar yang besar untuk menggantikan serat sintetis yang terbuat dari plastik. 2.3 Matriks Matriks adalah fasa dalamkomposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Syarat pokok matriks yang digunakan dalam komposit adalah matrik harus bisa meneruskan beban, sehingga serat harus bisa melekat pada matrik dan kompatibel antara serat dan matrik, artinya tidak ada reaksi yang mengganggu. Umumnya matriks dipilih yang mempunyai ketahanan panas yang tinggi (Jamasri, 2008). Pada umumnya matriks berfungsi sebagai : a.

Untuk melindungi komposit dari kerusakan, baik kerusakan mekanik maupun kimiawi.

b.

Untuk mengalihkan / meneruskan beban dari luar kepada serat.

c.

Sebagai pengikat.

d.

mentransfer tegangan ke serat.

e.

membentuk ikatan koheren permukaan matrik/serat. Adapun sifat resin yang harus dimiliki adalah sebagai berikut :

1. Sifat-sifat mekanis yang bagus. 2. Sifat-sifat daya rekat yang bagus. 3. Sifat-sifat ketangguhan yang bagus. 4. Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus . (Ellyawan,2008) Secara umum matriks terbagi atas 2 kelompok, yaitu : 1. Termoplastik, yaitu polimer yang bisa mencair dan melunak. Hal ini disebabkan karena polimer - polimer tersebut tidak berikatan silang (linier atau bercabang) biasanya bisa larut dalam beberapa pelarut. Termoplastik merupakan bahan yang mudah menjadi lunak kembali apabila dipanaskan dan mengeras apabila didinginkan sehingga pembentukan dapat dilakukan berulang-ulang karena mempunyai struktur yang linier. Keistimewaan dari termoplastik ini adalah bahan-bahan termoplastik yang telah


mengeras dapat diolah kembali dengan mudah sedangkan termoset sulit dan bahkan tidak bisa diolah kembali. Contoh termoplastik PVC (polivinil clorida), FE (polietilen), nilon 66, poliamida, poliasetal dan lainlain(Hebi, 2011). 2. Termoset, yaitu polimer yang tidak mau mencair atau meleleh jika dipanaskan. Polimer - polimer termoset tidak bisa dibentuk dan tidak dapat larut karena pengikatan silang, menyebabkan kenaikan berat molekul yang besar (Steven,2001). Beberapa resin termoset yang sangat terkenal sering digunakan oleh masyarakat umum: resin poliester dan epoksi (Beckwith,2012) 2.4 Pengujian Sifat Fisis Pengujian Densitas (density) Densitas merupakan salah satu sifat fisis yang menunjukkan perbandingan antara massa benda terhadap volumenya atau banyaknya massa zat per satuan volume. 2.4.1

Persamaan yang digunakan untuk menghitung densitas yaitu :

………………………………… (2.1)

Dengan: 3

ρ = densitas atau kerapatan (g/cm ) m = massa komposit (gram) 3 V = volume komposit (cm )

2.4.2 Pengujian Daya Serap Air

Pengujian daya serap air dilakukan untuk menentukan besarnya persentase air yang terserap oleh sampel yang direndam dengan perendaman di dalam air (aquadest) selama 24 jam. Daya serap sampel terhadap air dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini :


Dengan :

Mk = Massa kering komposit (gram) Mb = Massa basah komposit (gram)

2.4.3 Pengujian Kadar Air

Pengujian kadar air dilakukan untuk menentukan besarnya kandungan air di dalam suatu benda, caranya dengan memasukkan sampel pada oven suhu 100o C selama 3 jam. Kadar air suatu benda dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: ..…………………………… (2.3)

Dengan : m1= Massa akhir komposit (gram) m2 = Massa awal komposit (gram)

2.5 Pengujian Sifat Mekanik Untuk mengetahui sifat mekanik suatu material harus dilakukan pengujian. Masing-masing pengujian memiliki cara yang berbeda-beda, secara umum dapat dikatakan pembebanan secara statik dan pembebanan secara dinamik. 2.5.1 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength Test) Pengujian tarik (tensile stength test ) adalah pengujian mekanik secara statis dengan cara sample ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya dimana gaya tarik yang diberikan sebesar F (Newton). Tujuannya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik) dari komposit yang diperkuat dengan serat palem saray. Pengujian kekuatan tarik (tensile stength test ) ini akan mengubah bentuk dari komposit yaitu dengan adanya pertambahan panjang pada komposit tersebut. Pengujian tarik (tensile stength test ) ini dapat dilihat pada gambar : Nilai kekuatan tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :


σ=

…………………..…………. (2.4) ε=

x 100 %

……………………………… (2.5)

Dengan : σ

= Kuat tarik (Mpa)

F

= Gaya (N)

Ao

= Luas permukaan (mm )

ε

= Regangan ( % )

ΔL

= Pertambahan panjang(mm)

Lo

= Panjang mula-mula (mm)

2

Sesuai dengan hukum Hooke, tegangan adalah sebanding dengan regangan.Kesebandingan tegangan terhadap regangan dinyatakan sebagai perbandingan tegangan satuan terhadap regangan satuan. Pada bahan kaku tetapi elastis seperti baja, kita peroleh bahwa tegangan satuan yang diberikan menghasilkan perubahan bentuk satuan yang relatif kecil.Perkembangan hukum Hooke tidak hanya pada hubungan tegangan – regangan saja, tetapi berkembang menjadi modulus young atau modulus elastisitas (E). Modulus Elastisitas tersebut dapat dihitung dengan persamaan berikut ini: ………………………………… … (2.6)

Dengan : E = modulus elastisitas (N/m2) σ= tegangan (N/m2 atau MPa) ε= regangan

(Prasetyo, 2010)


2.5.2 Pengujian Kekutan Lentur (Ultimate Flexural Strenght )

Pengujian kekuatan lentur dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan komposit terhadap pembebanan pada tiga titik lentur.Di samping itu pengujian ini juga dimaksudkan untuk mengetahui keelastisan suatu bahan.Pada pengujian ini terhadap sampel uji diberikan pembebanan yang arahnya tegak lurus terhadap arah penguatan serat. Pembebanan yang diberikan yaitu pembebanan dengan tiga titik lentur, dengan titik-titik sebagai bahan penahan berjarak 90 mm dan titik pembebanan diletakkan pada pertengahan panjang sampel.Pembebanan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut: P h

b

L

Gambar 2.6 : Pengujian Kuat Lentur (flexural strength test) Persamaan berikut digunakan untuk memperoleh nilai kekuatanlentur adalah :

…………………………………….

(2.7)

Dengan: : UFS = kekutan lentur (N/m2) P= gaya penekan (N) L= jarak dua penumpu (m) b = lebar sampel (m) h

= tebal sampel uji (m)

(Prasetyo, 2010)

2.5.3 Pengujian Impak (Impact Test)

Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah.Pengujian impak ini


merupakan respon terhadap beban yang tiba – tiba yang bertujuan mengetahui ketangguhan suatu bahan terhadap pembebanan dinamis, sehingga dapat diketahui apakah suatu bahan yang diuji rapuh atau kuat. Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi. Semakin banyak energi yang terserap maka akan semakin besar kekuatan impak dari suatu beban. Pengujian Impak dapat digambarkan sebagai berikut: Nilai kekuatan Impak dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Is =

……………………………………. (2.8)

Dengan : Is = Kekuatan Impak (J/mm2) Es= Energi serap (J) A = Luas permukaan (mm2) ( Zainuri, 2010)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents