BAB II TINJAUAN TEORI

BAB II TINJAUAN TEORI

2.1 POLIMER

Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit berulang sederhana. Bahan-bahan seperti plastik, serat, film dan sebagainya yang biasanya dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari mempunyai berat molekul di atas 10.000. Bahan dengan berat molekul yang besar itu disebut polimer, mempunyai struktur dan sifat yang rumit disebabkan oleh jumlah atom pembentuk yang lebih besar dibandingkan senyawa yang berat atomnya rendah. Umumnya polimer dibangun oleh satuan struktur tersusun secara berulang diikat oleh gaya tarikmenarik yang disebut ikatan kovalen, dimana ikatan setiap atom dari pasangan menyumbangkan satu elektron untuk membentuk sepasang elektron, (Surdia T. , 1995). Dibawah ini dijelaskan istilah teknis yang sering dipakai bagi polimer, yaitu : 1. Monomer Polimer yang terbentuk oleh satuan sturktur secara berulang disebut monomer. Contoh : Polietilen HHHHH │││││ C = C → ─ C ─ C ─ C ─ ….. │││││ HHHHH

Gambar 2.1 Etilen (monomer) Polietilen

2. Berat molekul dan derajat polimerisasi

Universitas Sumatera Utara

Polipropilen terdiri dari banyak monomer propilen dalam rantai kombinasi. CH3 H H3 H ││││ n.C = C → ─ C ─ C ─ ││││ HHHHn Gambar 2.2 Propilen Polipropilen

Polipropilen dibentuk oleh n satuan monomer propilen. Jumlah satuan struktur yang berulang ini (n) dikenal sebagai derajat polimerisasi. Berat molekul dari polimer (M) adalah berat molekul satuan (a) dikalikan dengan derajat polimerisasi (n): M = a.n. Dalam polimer, berat molekul (M) tidak selalu sama akan tetapi berubah, oleh karena itu harga tersebut biasa dinyatakan dengan berat molekul rata-rata (M). Molekul polimer disusun dalam satu struktur rantai seperti polietilen dan polipropilen, dalam struktur tiga dimensi dengan ikatan kovalen seperti phenol dan resin epoksi, dalam struktur hubungan silang seperti karet dimana sebagian molekul rantai terikat satu sama lain. Sifat-sifat termik dan mekanik dari polimer sangat berbeda tergantung pada keadaan. Sebagai contoh, kebanyakan molekul rantai memberikan sifat termoplastik dengan menaikkan temperatur, dapat mencair dan mengalir. Bahan tersebut dinamakan polimer termoplastik. Dilain pihak polimer yang struktur tiga dimensinya terkeraskan karena pemanasan, tidak bersifat dapat mengalir lagi karena pemanasan. Bahan tersebut dinamakan resin termoset. Polimer yang dihubung-silangkan secara tepat seperti halnya karet menunjukkan sifat elastomer, dapat berdeformasi karena direnggangkan dan kembali ke asal apabila dilepas. Beberapa diantaranya polimer rantai seperti polietilen, nylon dan sebagainya mempunyai molekul-molekul yang tersusun secara teratur membentuk kristal.


Bahan tersebut dinamakan polimer Kristal walaupu tidak keseluruhannya mengkristal. Temperatur dimana Kristal dalam polimer itu mencair dinamakan titik cair polimer. Polistiren, polimetil metakrilat dan sebagainya yang strukturnya tidak teratur secara stereo dalam keadaan amorf karena tidak dapat membentuk Kristal dengan molekul rantai yang tersusun beraturan, dinamakn polimer amorf. Akibatnya polimer macam ini tidak mempunyai titik cair dan melunak kalau dipanaskan. Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut : 1. Kemampuan cetaknya baik. Pada temperature rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstruksi dan seterusnya. 2. Produk ringan dan kuat. Berat jenis polimer rendah dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu n = 1,2 – 1,7 yang memungkinkan membuat barang kuat dan ringan. 3. Banyak diantara polimer bersifat isolasi listrik yang baik. Polimer mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam butiran karbon dan sebagainya. 4. Baik sekali ketahanannya terhadap air dan zat kimia. 5. Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya. 6. Umumnya bahan polimer lebih murah harganya. 7. Kurang tahan terhadap panas sehingga perlu cukup diperhatikan pada penggunaanya. 8. Kekerasan permukaan yang sangat kurang 9. Kurang tahan terhadap pelarut. 10. Mudah termuati listrik secara elektrostatis. 11. Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil, (Bilmeyer W. , 1994 ).


2.2 MATERIAL KOMPOSIT Bahan 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 fisika dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis, maka disebut sebagai komposit. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat seratserat tersebut yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya adalah serat, sedangkan bahan pengikatnya menggunakan bahan polimer yang mudah dibentuk dan mempunyai daya pengikat yang tinggi. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah untuk menentukan karakteristik bahan komposit, seperti : kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi serat digunakan untuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik sendiri mempunyai fungsi melindungi dan mengikat serat agar bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia. Salah satu keuntungan material komposit adalah kemampuan material tersebut untuk diarahkan sehingga kekuatannya dapat diatur hanya pada arah tertentu yang kita kehendaki, hal ini dinamakan “tailoring properties”. Dan ini adalah salah satu sifat istimewa komposit, yaitu ringan, kuat, tidak terpengaruh korosi, dan mampu bersaing dengan logam, tidak kehilangan karakteristik dan kekuatan mekanisnya, (Chung, 2003). Dampak positif bagi lingkungan dari penggunaan natural fibre-reinforced composites adalah mudah terurai, mengurangi efek rumah kaca, jenis beragam,meningkatkan nilai guna dari tanaman pertanian, konsumsi energy rendah dan biaya yang digunakan lebih murah. Adapun kekurangan menggunakan serat alam dalam produk komposit antara lain mudah menyerap air, mudah terbakar, tingkat keawetan rendah serta memiliki variasi sifat besar.


Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut : 1. Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu 2. Mempermudah design yang sulit pada manufaktur 3. Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya 4. Menjadikan bahan lebih ringan, (Bhagwan D.Agarwa, 2006).

2.2.1

Bagian-bagian utama dari komposit

A. Penguat (Reinforcement) Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Berdasarkan bentuk dari

reinforcement-nya, komposit dapat dibedakan menjadi: partikel sebagai

penguat, fiber sebagi penguat dan fiber sebagi struktur. Pembagian ini dapat digambarkan seperti Gambar 2.3, (Ramatawa, 2008).

Gambar 2.3 Pembagian komposit berdasarkan bentuk dari reinforcement-nya Pembagian komposit berdasarkan penguatnya, dapat dijabarkan sebagai berikut : 1. Partikel sebagai penguat (Particulate composites) Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel : -

Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah


-

Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan material

-

Cara

penguatan

dan

pengerasan

oleh

partikulat

adalah

dengan

menghalangi pergerakan dislokasi. Panjang partikel dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut : a. Large particle Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata. Contoh dari large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel (cementite sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet (oksida logam sebagai partikulat). b. Dispersion strengthened particle •

Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3%.

•

Ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm.

2. Fiber sebagai penguat (Fiber composites) Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit. Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut : -

Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya

-

Harus mempunyai tensile strength yang tinggi


3. Fiber sebagai sturktural (Structute composites) Komposit struktural dibentuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan struktur sandwich. -

Laminate Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit

dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja

(unidirectional lamina) pada umumnya tidak menguntungkan karena

memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur. Mikrostruktur lamina dan jenis-jenis dari arah serat dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Mikrostruktur lamina

Terdapat beberapa lamina, yaitu: •

Continous fiber laminate

•

Discontinous fiber composite


-

Sandwich panels Komposit ini tersusun dari tiga lapis yang terdiri dari flat composite (metal

sheet) sebagai permukaan (skin) serta material inti (core) di bagian tengahnya. Komposit ini cocok untuk menahan menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Kiomposit jenis ini dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu : continuous fiber composit, woveb fiber composite (bi-directional), discontinuous fiber composite dan hybrid fiber composite. Penempatan ini dapat dilihat pada Gambar 2.5.

: Gambar 2.5 Tipe serat pada komposit a) Continuous Fiber Composite (Komposit serat -kontinu) Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya pemisahan antar lapisan, (Decolon C. , 2000) Ditinjau dari segi mekanik fungsi utama matrik adalah mentransfer tegangan ke serat karena serat lebih kuat dan memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik. Respon komposit terhadap tegangan kerja bergantung kepada fasa matrik, fraksi volume relatif, panjang serat dan orientasi serat relatif terhadap arah tegangan kerja. Beberapa prinsip dasar tentang respon elastik terhadap tegangan dapat diperoleh dari model mekanik dimana serat kontinu memiliki satuarah (undirectional) dalam matrik isotropik tanpa void.


Menggunakan huruf penandaan c, f , m, l, dan t kita dapat menengarai nilai sifat untuk komposit (c), serat (f), matrik (m), arah longitudinal (l), dan arah transversal (t). Jadi V f / V m adalah rasio fraksi volume serat dan matrik, dimana (1 - V f )=V m . Persaman untuk teganganan (kekuatan) dan modulus elastisitas adalah sebagai berikut. 𝜎𝑐𝑙 = 𝜎𝑓𝑙 𝑉𝑓 + 𝜎𝑚 𝑉𝑚 .................................................................................... 2.1 Dimana : 𝜎𝑐𝑙 = Kekuatan tarik komposit arah longitudinal (N/m2)

𝜎𝑓𝑙 = Kekuatran tarik serat arah longitudinal (N/m2) 𝜎𝑚 = Kekuatan tarik matrik (N/m2) V f = Fraksi volume serat (%)

V m = Fraksi volume matrik (%) Modulus elastisitas komposit dapat dihitung berdasarkan dengan : 𝐸𝑐𝑙 = 𝑉𝑓 𝐸𝑓𝑙 + 𝑉𝑓 . 𝐸𝑚 ................................................................................... 2.2

Dimana:

𝐸𝑐𝑙 = Modulus elastisitas komposit (Pa) 𝐸𝑓𝑙 = Modulus elastisitas serat (Pa)

𝐸𝑚 = Modulus elastisitas matrik (Pa) Sekarang dapat diturunkan hubungan berikut: �𝜎𝑓𝑙 ⁄𝜎𝑚 � = �𝑉𝑓 ⁄𝑉𝑚 ��𝐸𝑓𝑙 ⁄𝐸𝑚 � .................................................................. 2.3 Hubungan ini menunjukkan bahwa bila rasio modulus dan/atau fraksi volume serat meningkat, makin banyak regangan ditransfer ke serat.


σf Tegangan tarik σ σm σ ‘m

σf σf = σf Vf + σ ‘m (1- Vf)

σf - σ’f

filamen

σm - σ’m

σc = σm (1- Vf)

matrik Vcrit Regangan ε

0 Vmin

(a)

1

(b)

Gambar 2.6 (a) Kurva tegangan – regangan untuk filament dan matrik (b) Ketergantungan kekuatan komposit pada fraksi volume filament kontinu. Pada perbandingan kurva tipikal tegangan tarik terhadap regangan untuk material serat dan matrik (Gambar 2.6a), dapat dilihat bahwa regangan kritis ditentukan oleh regangan pada saat serat putus, 𝜀𝑓 dan apabila regangan kritis ini

dilampaui komposit kehilangan efektivitasnya. Pada nilai regangan ini, ketika

matrik mulai mengalami deformasi plastis dan pengerasan regangan, tegangannya ′ . Jadi, pada Gambar 2.6b menunjukkan kekuatan komposit berada adalah 𝜎𝑚 ′ diantara limit 𝜎𝑚 dan 𝜎𝑓 , bergantung pada fraksi volume serat. Bila jarak serat

besar dan jumlahnya sedikit, maka beban yang dipikul oleh matrik lebih besar daripada serat atau ketika nilai fraksi volum serat rendah, pembebanan yang besar terjadi pada matrik sehingga kekuatan komposit

menjadi 𝜎𝑐 = 𝜎𝑚 (1 − 𝑉𝑓 ).

Sementara jika fraksi volume besar beban diteruskan ke matrik dan serat ′ sehingga, 𝜎𝑓 = 𝜎𝑓 𝑉𝑓 + 𝜎𝑚 . Selanjutnya,

kekuatan komposit turun dengan

berkurangnya fraksi volume serat. Garis kontruksi yang menggambarkan kedua efek ini berpotongan dititik minimum, V min . Jelas bahwa V f harus lebih besar dari

V crit agar kekuatan-tarik matrik memanfaatkan kehadiran serat. 𝜎𝑚 = 𝜎𝑐 dan V f = V crit berlaku untuk volume kritis serat. Dari kaidah persamaan kita turunkan :

′ )/�𝜎 ′ 𝑉𝑐𝑟𝑖𝑡 = (𝜎𝑚 − 𝜎𝑚 𝑓 − 𝜎𝑚 � ................................................................. 2.4


Umumnya diinginkan V crit yang rendah agar masalah disperse dapat dikurangi dan untuk menghemat jumlah serat penguat. Serat yang sangat kuat akan memaksimalkan pembagi dan tentunya sangat membantu. Jadi suatu matrik dengan kecenderungan pengerasan regangan kuat memerlukan fraksi volume serat yang relatif banyak, (Smallman R. d., 2000).

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional) Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber. c) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite) Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi : 1) Aligned discontinuous fiber 2) Off-axis aligned discontinuous fiber 3) Randomly oriented discontinuous fiber Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama. d) Hybrid fiber composite Jenis fiber komersil yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain sebagai berikut : fiber glass, fiber nylon, fiber carbon, dll, (Attaf, 2011). B. Matriks Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : a)

Mentransfer tegangan ke serat.


b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat. c)

Melindungi serat.

d) Memisahkan serat. e)

Melepas ikatan.

f)

Tetap stabil setelah proses manufaktur, (Gibson, 1994).

Bahan polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam adalah termoplastik dan termoset.Termoplastik dan termoset ada banyak jenisnya, yaitu : 1.

Termoplastik, bahan-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 yangb telah mengeras dapat diolah kembali dengan mudah sedangkan termoset sulit dan bahkan tidak bisa diolah kembali. Tergolong diantaranya Polyamide (PI), Polysulfone (PS),Poluetheretherketone (PEEK), Polyhenylene Sulfide (PPS), Polypropylene (PP), Polyethylene (PE).

2.

Termoset, merupakan bahan yang sulit mencair atau lunak apabila dipanaskan karena harus membutuhkan temperature yang sangat tinggi. Hal ini diakibatkan karena molekul-molekulnya mengalami ikatan silang (cross linking) sehingga bahan tersebut sulit dan bahkan jarang didaur ulang kembali, contoh bahan-bahan yang tergolong diantaranya Epoksi, Polyester, Phenolic, Plenol, Resin Amino, Resin Furan, (Attaf, 2011).

Berdasarkan bentuk dari

matriks-nya, komposit dapat dibedakan menjadi :

komposit dengan matrik keramik (CMC), komposit dengan matrik logam (MMC) dan komposit dengan matrik polimer (PMC). Pembagian ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.


Gambar 2.7 Klasifikasi komposit berdasarkan bentuk dari matriks-nya, (Decolon C. , 2000).

2.3 EFEK ORIENTASI SERAT TERHADAP KEKUATAN Faktor orientasi serat akan menentukan kekuatan mekanis dari suatu bahan komposit dan arah dimanan kekuatan tersebut yang terbesar. Ada tiga jenis orientasi serat yaitu penguatan satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi. Jenis penguat serat satu dimensi memiliki kekuatan dan modulus komposit yang maksimum dalam arah orientasi sumbu serat. Jenis penguatan dua dimensi menunjukkan kekuatan yang berbeda pada setiap arah orientasi serat. Sedangkan jenis penguatan tiga dimensi adalah isotropic, artinya komposit akan memiliki kekuatan yang sama pada satu titik. Sebagai contoh CSM (Random Chopped Stand Mat) pada komposit dianggap isotropic, sedangkan pada bentuk anyaman (woven roving) menunjukkan sifat yang berbeda pada setiap titik, maka material ini disebut anisotropic, (Hull, 1988). Komposit dengan sistem seperti woven roving menunjukkan kekuatan pada arah serat itu lebih besar daripada bukan arah serat tersebut dan sifat ini juga dipengaruhi fraksi volum serat. Untuk anyaman satu arah kekuatan tariknya lebih besar pada arah serat dibandingkan dengan arah tegak lurus terhadap serat. Pada arah normal yang menanggung beban hanya matrik saja. Ini merupakan prinsip lamina ortotropik yang berbentuk roving atau fabrik, serat-serat arahnya tertentu.


Komposit diperkuat serat kontinu pada arah yang sama dengan arah tegangan kerja. Kekuatan komposit tipe anisotropic ini bervariasi secara linier dengan fraksi volume serat. Apabila orientasi serat membuat sudut ∅ dengan arah tegangan tarik yang diterapkan,maka terjadi penurunan gradient kurva kekuatan untuk nilai V f (fraksi volume serat) yang lebih besar dari V min . Efek pengurangan ini diperoleh dengan memasukkan faktor orientasi ή dalam persamaan kekuatan dasar yang menghasilkan: ′ 𝜎𝑐 = ή𝜎𝑓 𝑉𝑓 + 𝜎𝑚 𝑉𝑚 .............................................................................. 2.5

Dimana :

𝜎𝑐 = Tegangan (kekuatan) komposit

ή

= Faktor orientasi

𝜎𝑓 = Tegangan (kekuatan)serat 𝑉𝑓 = Fraksi volume serat

′ 𝜎𝑚 = Tegangan dimana matrik mulai mengalami deformasi plastis dan

pengerasan – regangan.

V m = Fraksi volum matrik

Bila ∅ bertambah mulai dari nol, maka ή turun menjadi kurang dari satu.

Untuk menyajikan analisis yang lebih rinci dari variasi kekuatan komposit dengan orientasi serat, lazim diterapkan teori “tegangan maksimum” berdasarkan kenyataan bahwa ada tiga mode kegagalan komposit. Selain sudut orientasi serat ∅ , terdapat tiga sifat komposit lain : kekuatan parallel dengan serat (𝜎𝑓𝑙 ),

kekuatan geser matrik parallel dengan serat 𝜏𝑚 , dan kekuatan tegak lurus pada

serat 𝜎𝑓𝑡 . Setiap mode kegagalan dinyatakan dengan persamaan yang

menghubungkan kekuatan komposit 𝜎𝑐𝑙 dengan tegangan terurai.

Untuk mode kegagalan pertama, yang dikendalikan oleh perpatahan serat

akibat tegangan tarik, berlaku persamaan :


𝜎𝑐𝑙 = 𝜎𝑓𝑙

𝑠𝑒𝑐 2 ∅ ...................................................................................... 2.6

Persamaan kegagalan yang dikendalikan oleh geseran pada bidang parallel dengan serat adalah : 𝜎𝑐𝑙 = 2𝜏𝑚

𝑐𝑜𝑠𝑒𝑐 2∅ ................................................................................ 2.7

Apabila temperature dinaikkan. Mode kegagalan ini lebih mudah terjadi

pada komposit “off-axis” karena kekuatan geser 𝜏𝑚 turun lebih cepat dari 𝜎𝑓𝑙 .

Pada mode kegagalan ketiga, terjadi rupture transvers, baik di matrik atau

antar muka serat/matrik (debonding). Persamaan yang berlakua ialah : 𝜎𝑐𝑡 = 𝜎𝑓𝑡

𝑐𝑜𝑠𝑒𝑐 2 ∅ .................................................................................. 2.8

Pada Gambar 2.12

memperlihatkan bentuk karakteristik dari hubungan

kekuatan komposit dan orientasi serat.Selain memperlihatkan ciri anisotropic tinggi dari penguatan-kontinu satu arah, juga memperlihatkan manfaat apabila nilai ∅ rendah. Perkiraan berdasarkan penerapan teori tegangan maksimum, dan hasil eksperimen menunjukkan kesesuaian dan memastikan validasi umum kurva ini. (Untuk perhitungan ini diperlukan nilai terukur dari �𝜎𝑓𝑙 , 𝜏𝑚 �.

Mode kegagalan ditentukan oleh persamaan yang menghasilkan nilai

kekuatan komposit 𝜎𝑐𝑙 paling rendah, berarti bahwa rupture transvers dominan

apabila ∅ besar. Untuk nilai ∅ yang relatif besar, kekuatan komposit turun dengan cepat, hal ini berkaitan dengan transisi dari kegagalan – tarik ke kegagalan geser

pada serat.Teori memprediksikan kegagalan dalam arah longitudinal akan terjadi pada saat 00 < ∅ <40, kegagalan geser terjadi pada saat 40 < ∅ < 240 dan kekuatan

transvers patahan terjadi pada saat ∅ > 240. Gambar 2.8 menunjukkan hubungan antara mode kegagalan, kekuatan, dan orientasi serat, (Hull D. , 1988).


𝜎𝑐𝑙 ∅ Kegagalan dalam arah longitudinal

Kekuatan komposit

𝜎𝑐𝑙

Kegagalan geser

Kegagalan dalam arah transvers 00

450

900

Sudut orientasi

Gambar 2.8 Hubungan antara mode kegagalan, kekuatan, dan orientasi serat (diagram skematik untuk komposit serat kontinu satu arah)

Dengan mengeliminasi 𝜎𝑐𝑙 dihasilkan sudut kritis untuk transisi ini :

𝜏𝑚 �𝜎𝑓𝑙 ) .......................................................................... 2.9

∅𝑐𝑟𝑖𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1 (

Apabila kekuatan longitudinal sekitar sepuluh kali kekuatan geser matrik, maka sudut kritis ini adalah sekitar 60. Apabila penerapan meliputi tegangan kerja yang tidak bekerja dalam satu arah, maka masalah anisotropi dapat diselesaikan secara efektif atau diminimalkan dengan penggunaan serat-kontinu dalam bentuk tenunan kain atau laminasi. Meskipun bentuk ini lebih isotropik dibandingkan komposit satu arah, selalu terjadi penurunan kekuatan sedikit tetapi masih wajar dan penurunan kekakuan yang tak terelakkan. Serat gelas, serat karbon, dan serat aramid telah digunakan, dan kadangkadang digunakan kombinasi dari dua atau lebih jenis serat (komposit hibrida). Penguatan tiga dimensi sempurna, yang memiliki sifat dalam arah tebal yang


ditingkatkan, dihasilkan dengan menumpuk lembaran kain tenun dan merajutnya dengan serat kontinu. Laminasi yang berbasis serat karbon dan serat aramid biasanya dipergunakan untuk aplikasi kinerja tinggi yang mencakup system tegangan kompleks (seperti punter dan tekuk). Satuan konstruksi berwujud lapisan komposit satu-arah yang tipius, dengan tebal 50-130 µm. Lapisan disusun dengan cermat dengan orientasi tertentu terhadap sumbu referensi orthogonal (00 dan 900). Urutan penumpukan paling sederhana adalah (0/90/90/0). Urutan lain yang lebih

isotropic

adalah

(0/+45/-45/-45/+45/0)

dan

(0/+60/-60/-60/+60/0).

Penumpukan lapisan dibuat simetris terhadap bidang tengan laminasi untuk mencegah distorsi dan untuk menjamin respon merata terhadap tegangan kerja. Gelas serat pendek dengan orientasi acak banyak digunakan untuk lembaran dan benda cetak tiga dimensi. Salah orientasi serat sering terjadi pada komposit, yang seringkali merupakan hasil fabrikasi yang tidak dapat dihindari. Sebagai contoh, resisn berisi serat pendek dibentuk dengan proses cetak injeksi, dan campuran ini mengikuti jalur aliran yang rumit. Apabila benda hasil cetakan dipotong, tampak bahwa serat mengikuti pola aliran. Pola ini ditentukan oleh viskositas lelehan, profil cetakan dan kondisi pemrosesan. Pola aliran berulang dari cetakan ke cetakan. Dekat permukaan cetakan, serat pendek cenderung mengikuti jalur aliran “steamline”, di bagian tengah inti,dimana aliran lebih turbulen, serta cenderung orientasi transvers, (Smallman R. d., 2000). 2.4 SERAT GELAS Serat gelas (glass fiber ) adalah bahan yang tidak mudah terbakar. Serat jenis ini biasanya digunakan sebagai penguat matrik jenis polimer. Komposisi kimia serat gelas sebagain besar adalah SiO dan sisanya adalah oksida-oksida alumunium (Al), kalsium (Ca), magnesium (Mg), natrium (Na), dan unsur-unsur lainnya. (Santoso, 2002) Berdasarkan bentuknya serat gelas dapat dibedakan menjadi beberapa macam antara lain.


1. Roving Berupa benang panjang yang digulung mengelilingi silinder. 2. Woven Roving (WR) Serat gelas jenis anyaman (woven roving) mempunyai bentuk seperti anyaman tikar, serat gelas yang teranyam dibuat saling bertindih secara selang seling ke arah vertikal dan horisontal (0° dan 90°). Berdasarkan jenisnya serat gelas dapat dibedakan menjadi beberapa macam antara lain: a. Serat E-Glass Serat E-Glass adalah salah satu jenis serat yang dikembangkan sebagai penyekat atau bahan isolasi. Jenis ini mempunyai kemampuan bentuk yang baik. b. Serat C-Glass Serat C-Glass adalah jenis serat yang mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap korosi. c. Serat S-Glass Serat S-Glass adalah jenis serat yang mempunyai kekakuan yang tinggi. Adapun perbandingan antara serat alami dan serat gelas ditunjukkan dalam Tabel 2.1 sebagai berikut: Tabel 2.1 Perbandingan antara serat alami dan serat gelas

Karakteristik Massa jenis Biaya Terbarukan Kemampuan daur ulang Konsumsi energi Distribusi Menetralkan co2 Menyebabkan abrasi Resiko kesehatan Limbah

Serat Alam

Serat Gelas

Rendah Rendah Ya Ya Rendah Luas Ya Tidak Tidak biodgradable

2 x serat alami Rendah, lebih tnggi dari serat alam Tidak Tidak Tinggi Luas Tidak Ya Ya Tidak biodgradable


Serat gelas mempunyai banyak macam keuntungan, sebahagian penguat karena : 1. Mudah ditarik menjadi serat berkekuatan tinggi dari keadaan lunak. 2. Mudah didapat dan dipabrikasi menjadi plastik yang diperkuat dengan serat gelas 3. Sebagai serat ia kuat, dan bila disatukan dengan matriks plastik akan memberikan komposit yang mempunyai kekuatan tinggi 4. Sangat berguna pada lingkungkungan yang korosif, (K.Van Rijwijk, 2001).

2.5 POTENSI KELAPA Sebagai negara kepulauan dan berada di daerah tropis dan kondisi agroklimat yang mendukung, Indonesia merupakan negara penghasil kelapa yang utama di dunia. Pada tahun 2009, luas areal tanaman kelapa di Indonesia mencapai 3.79.124 Ha, dengan total produksi diperkirakan sebanyak 3.257.969 ton butir kelapa, yang sebagian besar (95 persen) merupakan perkebunan rakyat. Kelapa mempunyai nilai dan peran yang penting baik ditinjau dari aspek ekonomi maupun sosial budaya, (Ditjenbun, 2010). Namun dari sisi perolehan devisa, Indonesia kalah jauh dari Philipina maupun dari Negara-negara lain. Hal itu terjadi karena sebagian besar hasil sumber daya alam ini belum dikelola secara maksimal. Bahkan beberapa Negara mengambil mentah bahan kelapa dari Indonesia untuk diolah menjadi produk lanjut dengan value added yang tinggi, untuk diekspor kembali termasuk ke Indonesia, (DEKINDO, 2000). 2.5.1 Kelapa (Cocos nucifera) Kelapa merupakan tanaman perkebunan industri berupa pohon batang lurus dari family Palmae.Dalam bahasa latinnya Cocos nucifera. Tanaman kelapa disebut juga tanaman serbaguna, karena dari akar sampai ke daun kelapa bermanfaat, demikian juga buahnya. Buah adalah bagian utama dari tanaman


kelapa yang berperan sebagai bahan baku industri. Buah kelapa terdiri dari beberapa komponen yaitu sabut kelapa, tempurung kelapa, daging buah kelapa dan air kelapa. Daging buah adalah komponen utama yang dapat diolah menjadi berbagai produk bernilai ekonomi tinggi. Sedangkan air, tempurung dan sabut sebagai hasil samping (by product) dari buah kelapa juga dapat diolah menjadi berbagai produk yang nilai ekonominya tidak kalah dengan daging buah (Lay dan Pasang). Berbagai produk dapat dihasilkan dari buah kelapa, (Massijaya, 2005). Mutu bahan baku dari buah kelapa dipengaruhi oleh karakter fisika-kimia komponen buah kelapa, yang secara langsung dipengaruhi oleh jenis dan umur buah kelapa secara tidak langsung oleh lingkungan tumbuh dan pemeliharaan. Lingkungan tumbuh yang sesuai dan pemeliharaan yang baik akan menghasilkan bahan baku bermutu untuk diolah lebih lanjut. Secara umum kelapa terdiri atas tiga jenis , yaitu : 1. Kelapa Dalam dengan varietas Viridis (kelapa hijau),Rubbercus (Kelapa merah),Macrocorpus (kelapa kelabu), Sakarina (kelapa manis). 2. Kelapa Genjah dengan varietas eburnean (kelapa gading), varietas Regia (kelapa raja), Pumila (kelapa puyuh), Pretiosa (kelapa raja malabar). 3. Kelapa Hibrida Ketiga jenis kelapa ini berbeda saat mulai berbuah, jumlah produksi buah dan komposisi kimia buah. Faktor yang sangat mempengaruhi mutu bahan baku hasil samping kelapa adalah komposisi kimia. Dalam kandungan selulosa, pentose, lignin dan arang, pada tempurung serta sabutkelapa Dalam lebih tinggi dari pada kelapa Genjah dan Hibrida, sedangkan kelapa Genjah dan Hibrida kadar abunya yang lebih tinggi. Kondisi ini menyebabkan untuk industri arang dan serat sabut mutu buah kelapa Dalam lebih baik dibandingkan dengan buah kelapa Genjah Dan Hibrida. Untuk industri air kelapa ke tiga jenis kelapa ini tidak jauh berbeda. Umur buah menunjukkan tingkat pertumbuhan buah kelapa, dimulai pada bulan ketiga, berat buah maksimum dicapai pada bualan ketujuh, sedangkan volume pada bulan ke delapan. Tempurung terbentuk pada bulan ke tiga dan mencapai maksimum pada


bulan ke Sembilan. Daging buah mulai terlihat pada bulan ketujuh dan mencapai berat maksimum pada bulan keduabelas. Pada bulan ketujuh pada saat berat buah maksimum proporsi komponen buah terdiri atas 62% sabut, 7% tempurung, 1% daging buah, sisanya adalah air. Pada saat panen (12 bulan), proporsi berat basah sabut 56%, tempurung 17 %, daging buah 27%; proporsi berat kering sabut 42%, tempurung 28%, dan daging buah 30%. Mutu tertinggi dari produk hasil samping akan tercapai pada saat umur buah 13 bulan terkecuali untuk nata de coco, pada umur demikian pertumbuhan buah sudah terhenti, kadar air pada sabut sudah turun dan kandungan abu juga rendah. Sedangkan untuk nata de coco pada umur 13 bulan kandungan minyak pada air kelapa mulai menungkat yang menyebabkan rendahnnya mutu nata de coco, (Allorerung, 1998). 2.5.2 Serat Sabut Kelapa (SSK) Buah kelapa terdiri dari epicarp yaitu bagian luar yang permukaannya licin, agak keras dan tebalnya ± 0,7 mm, mesocarp yaitu bagian tengah yang disebut sabut, bagian ini terdiri dari serat keras yang tebalnya 3–5 cm, endocarp yaitu tempurung tebalnya 3–6 mm. Sabut merupakan bagian tengah (mesocarp) epicarp dan endocarp.

Sabut kelapa merupakan bagian terluar buah kelapa. Ketebalan sabut kelapa berkisar 5-6 cm yang terdiri atas lapisan terluar (exocarpium) dan lapisan dalam (endocarpium). Endocarpium mengandung serat halus sebagai bahan pembuat tali, karpet, sikat, keset, isolator panas dan suara, filter, bahan pengisi jok kursi/mobil dan papan hardboard. Satu butir buah kelapa menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30% serat. Komposisi kimia sabut kelapa terdiri atas selulosa, lignin, pyroligneous acid, gas, arang, ter, tannin, dan potasium. Dilihat sifat fisisnya sabut kelapa terdiri dari :

a) Seratnya terdiri dari serat kasar dan halus dan tidak kaku. b) Mutu serat ditentukan dari warna dan ketebalan.


c) Mengandung unsur kayu seperti lignin, suberin, kutin, tannin dan zat lilin.

Dari sifat mekanik nya : a) Kekuatan tarik dari serat kasar dan halus berbeda. b) Mudah rapuh. c) Bersifat lentur, (Sudarsono, 2010).

2.5.3 Komposisi Serat Sabut Kelapa Hasil uji komposisi serat sabut kelapa berdasarkan SNI yang dilakukan Sarana Riset dan Standarisasi dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut :

Tabel 2.2 Komposisi Serat Sabut Kelapa Parameter

Kadar Abu

Hasil Uji Komposisi (%) 2.02

Metode Uji

SNI 14-1031-1989

Kadar Lignin (Metode Klason)

31.48

SNI 14-0492-1990

Kadar sari

3.41

SNI 14 – 1032 -1989

Kadar Alfa Selulosa

32.64

SNI 14 – 0444-1989

Kadar total selulosa

55.34

Metoda Internal BBPK

Kadar pentosan sebagai Hemiselulosa Kelarutan dalam NaOH 1 %

22.70

SNI 01-1561-1989

20.48

SNI 19-1938-1990

Uji komposisi sifat kimia untuk megetahui komposisi kimia yang terdapat dalam serat sabut kelapa. Uji kadar abu untuk mengetahui kadar abu yang terdapat dalam serat sabut kelapa. Uji lignin untuk mengetahui jumlah lignin dalam serat sabut kelapa. Lignin adalah bagian yang terdapat dalam lamela tengah dan dinding sel yang berfungsi sebagai perekat antar sel, dan merupakan senyawa aromatik yang berbentuk amorf. Suatu komposit akan mempunyai sifat fisik atau kekuatan yang baik apabila mengandung sedikit lignin, karena lignin bersifat kaku dan rapuh, (Sunaryo, 2008).


2.6 POLIPROPILEN Plastik merupakan bahan teknis yang berasal dari polimer, meskipun istilah polimer lebih popular menunjukkan kepada plastik. Sejak abad 20, plastik dinggap sebagai material yang baru, kemudian berkembang secara luas penggunaannya dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 150 juta ton/tahun pada tahun 1990-an dan 220 juta ton/tahun pada tahun 2005.Saat ini penggunaan material plastik di Negara-negara Eropa Barat mencapai 80 kg/orang/tahun, sementara di India hanya 2kg/orang/tahun. Seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan plastik terus meningkat. Data BPS tahun 2001 menunjukkan bahwa volume perdagangan plastic impor Indonesia, terutama Polipropilen (PP) pada tahun 1995 sebesar 136.122,7 ton sedangkan pada tahun 1999 sebesar 182.523,6 ton sehingga pada kurun waktu kurang lebih 4 tahun itu terjadi peningkatan yang cukup signifikan yaitu sebesar 34,15 %. Jumlah itu diperkirakan terus meningkat pada tahun-tahun selanjutnya. Sebagai konsekuensinya, peningkatan limbah plastikpun tidak dapat terelakkan. Pemanfaatan limbah plastic merupakan upaya penekanan pembuangan plastic seminimal mungkin dan dalam batas tertentu, menghemat sumber daya dan mengurangi bahan impor. Pemnafaatan limbah plastic dapat dilakukan dengan pemakaian kembali (reuse) maupun daur ulang, (BPS, Statistik Perdagangan Luar Negeri, 2002). Pemanfaatan limbah plastic dengan cara daur ulang umumnya dilakukan oleh pihak industri. Secara umum terdapat empat prasyarat agar suatu limbah plastic dapat diproses oleh industri, antara lain limbah harus dalam bentuk tertentu sesuai dengan kebutuhann (biji, pellet, serbuk, pecahan, limbah harus homogeny, tidak terkontaminasi serta diupayakan tidak teroksidasi). Untuk mengatasi masalah tersebut sebelum digunakan limbah plastic diproses melalui tahapoan sederhana, yaitu : pemisahan, pemotongan, pencucian, dan penghilangan zat-zat seperti besi dan sebagainya. Pemanfaatan dan penggunaan limbah plastic daur


ulang dalam pembuatan kembali barang-barang plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik (80%) dapat diproses kembali menjadi barang semula walaupun harus dilakukan pencampuran dengan bahan baku baru dan aditif untuk meningkatkan kualitas. Empat jenis limbah plastik yang popular dan laku dipasaran yaitu : Polietilen (PE),High Density Polyetilena (HDPE), asoi, dan Polietilena (PP), (Haryono, 2010). Polipropilen (PP) termasuk jenis plastic olefin dan merupakan polimer dari propilen. Dikembangkan sejak tahun 1950 dengan berbagai nama dagang, seperti : Bexfane, Dynafilm, Laufaren, Escon, Olefane, Profax. Polipropilena lebih kuat dan ringan dengan daya tembus uap yang rendah, ketahanan yang baik terhadap lemak, stabil terhadap suhu tinggi dan cukup mengkilap. Monomer polipropilen diperolah dengan pemecahan secara thermal naphta

(distalasi

minyak kasar) etylen, propilen dan homologues yang lebih tinggi dipisahkan dengan distalasi pada temperature rendah, dengan menggunakan katalis Natta Ziegeler, (D.W. Van Krevelen, 2000). Sifat utama dari Polipropilen, yaitu : 1. Ringan (kerapatan 0,9 g/cm3), mudah dibentuk, tembus pandang dan jernih dalam pembuatan film. 2. Mempunyai kekuatan tarik lebih besar dari polyethylene (PE). Pada suhu rendah akan rapuh, dalam bentuk murni pada suhu -30000C mudah pecah sehingga perlu ditambahkan polyethylene atau bahan lain untuk memperbaiki ketahanan terhadap benturan. 3. Lebih kaku dari PE dan tidak gampang sobek sehingga lebih mudah penanganannya. 4. Permeabilitas uap air rendah, permeabilitas gas sedang. 5. Tahan terhadap suhu tinggi sampai dengan 1500C. 6. Titik leleh cukup tinggi pada suhu 1700C. 7. Tahan terhadap asam kuat, basa dan minyak. Tidak terpengaruh pada pelarut olehj suhu kamar kecuali HCL.


8. Pada suhu tinggi polipropilen akan bereaksi dengan benzene, siklena, toluene, terpentin dan asam nitrat kuat, (Bilmeyer, 1994). Polipropilena disusun oleh monomer-monomer yang merupakan senyawa vinil jenuh dengan stuktur (CH 2 =CH-CH 3 ). Proses polimerisasi ini akan menghasilkan suatu rantai linier berbentuk –A-A-A-A-A- dengan A adalah polipropilen yang merupakan polimer hidrokarbon. Kristalinitas merupakan sifat penting yang terdapat pada polimer yang menunjukkan susunan molekul yang lebih teratur. Sifat kristalinitas yang tinggi menyebabkab regangannya tinggi dan kaku . Dalam polipropilen, rantai polimer yang terbentuk dapat tersusun membentuk daerah kristalin dan amorf yang mana atom-atom terikat secara tetrahedral dengan sudut ikatan C-C sebesar 109,50 dan membentuk rantai zig-zag planar, (Steven, 2007). Karakteristik polipropilen secara umum dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut ini. Tabel 2.3 Karakteristik Polipropilen secara umum Physical Properties Tensil Strength (0.095 -1.30) N/mm2 Notched Impact Strength (3.0 – 30.0 ) Kj/m2 Thermal Coefficient of expantion (100 - 150) x 10-6 Density at 230C 0.90 – 0.91 g/cm3 Water absorbtion(24hrs,3.2mm thicknes) <0.01% Refractive Index 1.49 Thermal conductivity 3.3 cal cm/cm2 0C sec x 10-4 Coeffisient of linier thermal expantion 8 – 11 cm0C / cm x 10-5 Specific heat 0.44 -0.46 cal / 0C/g Density of Melt at 1800C 0.769 g/cc Heat of combustion 19,400 Btu / lb Oxygen index 17.4 Decomposition temperature range 328 – 410 0C Dielectric constant (0.1MHz) 2.25 Dissipation factor (0.1 MHz) <0.0002 Specific volume resistively >1016Ὠ.Cm


Polipropilena pertama kali dipolimerisasi oleh Dr.Karl Rehn di Hoechst AG, Jerman, pada tahun 1951. Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termoplastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil dll, (Sperling, 2000). 2.7 ASPAL Aspal merupakan senyawa hidrokarbon berwarna coklat gelap atau hitam pekat yang dibentuk dari unsur-unsur asphathenes, resins, dan oils. Aspal pada lapis perkerasan berfungsi sebagai bahan ikat antara agregat untuk membentuk suatu campuran yang kompak, sehingga akan memberikan kekuatan masingmasing agregat (Kerbs and Walker, 1971). Selain sebagai bahan ikat, aspal juga berfungsi untuk mengisi rongga antara butir agragat dan pori-pori yang ada dari agregat itu sendiri. Pada temperatur ruang aspal bersifat thermoplastis, sehingga aspal akan mencair jika dipanaskan sampai pada temperatur tertentu dan kembali membeku jika temperatur turun. Bersama agregat, aspal merupakan material pembentuk campuran perkerasan jalan. Banyaknya aspal dalam campuran perkerasan berkisar antara 4-10% berdasarkan berat campuran, atau 10-15% berdasarkan volume campuran. Berdasarkan tempat diperolehnya, aspal dibedakan atas aspal alam dan aspal minyak. Aspal alam yaitu aspal yang didapat di suatu tempat di alam, dan dapat digunakan sebagaimana diperolehnya atau dengan sedikit pengolahan. Aspal minyak adalah aspal yang merupakan residu pengilangan minyak bumi, (Sukirman, 2003). Secara umum, jenis aspal dapat diklasifikasikan berdasarkan asal dan proses pembentukannya adalah sebagai berikut : 1. Aspal Alamiah. Aspal ini berasal dari berbagai sumber, seperti pulau Trinidad dan Bermuda. 2. Aspal Batuan. Aspal ini merupakan endapan alamiah batu kapur atau batu pasir yang diperpadat dengan bahan-bahan berbitumen.


3. Aspal Minyak Bumi. Bahan-bahan pengeras jalan aspal sekarang berasal dari minyak mentah domestik bermula dari ladang-ladang di beberapa negara bagian. Aspal pabrik merupakan aspal yang terbentuk oleh proses yang terjadi dalam pabrik, sebagai hasil samping dari proses penyulingan minyak bumi. Aspal pabrik ini, mempunyai kualitas standart. Aspal pabrik terbagi kedalam tiga jenis, yaitu : 1. Aspal emulsi, yaitu campuran aspal (55%-65%), air (35%-45%) dan bahan emulsi 1% sampai 2%. 2. Aspal cair, disebut juga aspal cut-back, yang dibagi-bagi menurut proses fraksinya. 3. Aspal beton, disebut juga Asphalt Concrete (AC) yang dibagi-bagi menurut angka penetrasinya. Misal : AC 40/60, AC 60/70, dan seterusnya, (Oglesby, 1996). Aspal padat iran dengan penetrasi 60/70 merupakan salah satu jenis aspal yang diimport dari Iran-Teheran. Aspal jenis ini sangat sesuai dan direkomendasikan untuk Negara beriklim tropis seperti Indonesia, karena di desain untuk bisa elastic menyesuaikan suhu yang naik dan turun, contohnya aspal yang dipergunkaan sebagai bahan utama dalam penelitian ini yaitu aspal tersebut yang tercantum seperti pada Tabel 2.4 berikut ini. Tabel 2.4 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Tipe Grade 60/70 Sifat

Ukuran Spesifikasi

Densitas pada T=25oC

Kg/m2

1010-1060

Penetrasi pada T=25oC Titik leleh Daktilitas padaT= 25oC Kerugian pemanasan

0,1 mm o C Cm %wt

60/70 49/56 Min.100 Max.0,2

Standar pengujian ASTMD71/3289 ASTM-D5 ASTM-D36 ASTM-D113 ASTM-D6


Penurunanpenetrasi setelah pemanasan % Titik Nyala Kelarutan dalam Cs2 Spot Test

o

C %wt

Max20

ASTM-D5&D6

Min. 250 Min. 99,5 Negatif

ASTM-D92 ASTM-D4 AASHO T102

Berdasarkan ketiga bentuk aspal tersebut, semen aspal atau aspal padat yang paling banyak digunakan. Aspal yang digunakan untuk perkerasan jalan yang dicampurkan dengan agregat atau tanpa bahan tambahan disebut dengan aspal beton. Yang paling umum digunakan yaitu aspal beton campuran panas yang dikenal dengan Hot Mix sedangkan jenis lainnya seperti aspal beton campuran hangat, aspal beton campuran dingin, dan aspal mastis. (Olgesby, 1996) Penambahan bahan polimer pada aspal yang bersifat plastomer dapat meningkatkan kekuatan tinggi dalam campuran aspal polimer. Pada sisi lain, bahan yang bersifat elastomer seperti karet alam, maupun karet sintetis, dapat memberikan aspal dengan fleksibilitas dan keelastisan yang lebih baik, termasuk juga perbaikan terhadap resistensi dan ketahanan terhadap temperatur rendah. Bahan aditif aspal yang biasanya dipakai adalah material dari jenis karet, baik karet sintetis, karet buatan, karet yang sudah diolah (dari ban bekas), atau bahan plastik. Aspal telah digunakan selama ribuan tahun sebagai bahan waterproofing. Di Amerika Utara, aspal telah digunakan selama sekitar 150 tahun sebagai bahan atap. Lebih khusus lagi, Buil-up Roofing (BUR) telah digunakan selama lebih dari 100 tahun. Bahan baru yang diperkenalkan sebagai alternatif BUR adalah produk formulasi kimia yang berbeda. Produk ini menyediakan berbagai macam pilihan yang memenuhi karakteristik kinerja yang diperlukan, (Paroli R. a., 1997). 2.8 AGREGAT Agregat merupakan butir-butir batu pecah, kerikil,pasir atau mineral lain, baik yang berasal dari alam maupun buatan yang berbentuk mineral padat berupa ukuran besar maupun kecil atau fragmen-fragmen.


Sifat agregat merupakan salah satu faktor penentu kemampuan perkerasan jalan memikul beban lalu lintas dan daya tahan terhadap cuaca. Agregat, berdasarkan ukuran butirannya dapat dibagi atas 3 bagian, yaitu : 1. Agregat Kasar, adalah agregat dengan ukuran butiran lebih besar dari saringan No.8 (2,36 mm). 2. Agregat Halus, adalah agregat dengan ukuran butiran lebih halus dari saringan No.8 (2,36 mm). 3. Bahan pengisi (filler), adalah bagian dari agregat halus yang minimum 75% lolos saringan No.30 (0,06). Agregat pasir adalah bahan batuan halus yang terdiri dari butiran sebesar 0,14 – 5 mm didapat dari hasildisintegrasi batu alam (natural sand) atau dapat juga pemecahannnya (artificial sand), dari komposisi pembentukan tempat terjadinya pasir alam dapat dibedakan atas : pasir galian, pasir sungai, pasir laut yaitu bukit-bukit pasir yang dibawa kepantai. (Wignall, Proyek Jalan Raya, Edisi Keempat, 2003) Pasir merupakan agregat halus yang berfungsi sebagai bahan pengisi dalam campuran aspal beton. Agregat ini menempati kurang lebih 70% dari volume

aspal,sehingga

akan

sangat

berpengaruh

terhadap

kekuatannya,

(Sukirman, 2003).

2.9 GENTENG Suatu atap berfungsi melindungi terutama terhadap hujan. Tergantung atas sifat alami bangunan, atap itu bisa juga melindungi dari panas, cahaya matahari, dingin dan angin. Jenis-jenis lain dari struktur, sebagai contoh, suatu bangunan untuk kebun, akan melindungi dari dingin, angin dan hujan tetapi bisa tembus cahaya. Suatu rumah bisa diatapi dengan material yang melindungi dari cahaya matahari tetapi tidak menghalangi unsur-unsur yang lain. Setiap jenis penutup atap punya kelebihan dan kekurangangnya masingmasing. Jenis genteng bermacam-macam, ada genteng beton, genteng tanah liat, genteng keramik, genteng seng dan genteng kayu (sirap) dan lain-lain. Agar


kualitas genteng optimal, maka daya serap air harus seminimal mungkin, agar kebocoran dapat diminimalisir, (Piere, 2010). Setiap jenis penutup atap mempunyai kelebihan dan kekurangannya masingmasing. Anda bisa memilihnya dengan mempertimbangkan penampilan, kepraktisan, bentuk dan umur rencananya masing-masing. Berikut akan dibahas beberapa jenis yang paling popular saat ini :

2.9.1

Genteng Komposit Polimer

Genteng berbasis polimer merupakan suatu alternatif pengganti genteng yang kita kenal selama ini, dibuat dengan mencampur polimer sebagai matriks dan pengisi (filter) dari bahan sintetis atau bahan alam. Genteng komposit polimer dibuat secara partikel komposit dengan terlebih dahulu mengubah bentuk bahan pengisi menjadi partikel, partikel ini kemudian dicampur dengan matrik polimer pada suhu titik leleh polimer tersebut. Matrik yang digunakan adalah polietilen, polipropilen dan paduan polietilen-karet alam, sedangkan bahan pengisinya adalah jerami, pasir dan serbuk gergaji. Mutu genteng komposit polimer yang dihasilkan bergantung pada bahan matriks, pengisi dan perbandingan komposisi antara matrik dan pengisi. Terhadap komposit yang diperoleh dilakukan uji fisik, mekanik, termal, homogenitas, derajat kristalinitas dan cuaca. Komposit polimer yang memberikan sifat yang diinginkan lalu dicetak sesuai dengan bentuk genteng sehingga diperoleh genteng komposit polimer. Secara keseluruhan genteng komposit polimer mempunyai beberapa keunggulan seperti ringan, kuat, ekonomis dan estetis serta menggunakan bahan alam yang berlimpah sebagai bahan pengisi. Keuntungan dari genteng polimer ini yaitu ramah lingkungan, tahan lama, pemeliharaanya mudah dan fleksibel. Berdasarkan sistemnya genteng ini memiliki struktur polimer khusus yang meningkatkan fleksibilitas. Kekuatan tarik produk meningkat karena usia


pembuatan lapisan lebih kuat dan lebih tahan lama untuk menyediakan produk dengan kinerja yang sangat baik, (Batan.2009). 2.9.2 Genteng Aspal (Modified Bituminous Sheet) Bahan material satu ini dari campuran lembaran bitumen (turunan aspal) dan bahan kimia lain (polimer), ditambah dengan bahan pengisi dan aditif .Komponennya dapat divariasi menurut karakter yang diinginkan Material ini diolah sehingga menghasilkan sebuah genteng yang tahan terhadap cuaca dingin,tahan sinar UV, ringan, lentur, dan tahan air dan restan terhadap kelembaban dan kebocoran . Secara luas genteng modifikasi turunan aspal ini menggunakan bahan SBS (Styrene-butadine-styrene) dan APP (atactic polypropylene). Komposisi SBS ratarata 12 – 15 %. Pada umumnya, banyaknya digunakan SBS karena temperature fleksibilitasnya rendah dan tahan kelelahan. Ada banyak perbedaan nilai SBS yang menekankan satu atau lebih bentuk yang diperlukan untuk proses dan pencapaian dari lapisannya.APP adalah hasil dari manufaktur IPP (isotacticpolypropylene). Hal Ini meliputi 25 % - 35% dari komposisi modifikasi, untuk meningkatkan

bentuk mekaniknya.

Hasil modifikasi

APP lebih

tinggi

kekuatannya dan rendah elongasinya dibandingkan dengan SBS. Jumlah yang sedikit dari pengisi menyebabkan kekakuan tetapi jumlah yang besar mengurangi fleksibilitas dan sifat adhesinya. Konsekuensinya, hasil yang baik adalah memiliki sedikit pengisi. Modifikasi SBS digunakan untuk genteng, sifatnya yang fleksibel dan temperaturnya rendah. Berikut ini Tabel 2.5 model komposisi lapisan turunan aspal. Tabel 2.5 Model komposisi genteng lapisan turunan aspal Komposisi Aspal

Persen Berat(%) 50

APP atau SBS Pengisi (Filler)

25-35 10-20

Minyak (Oil)

5


Beberapa variasi dari penguat glass dan komposit polyester disatukan dalam lapisan untuk meningkatkan bentuknya. Sebahagian terdiri dari lembaran plastic, film atau mat. Lapisan genteng aspal lebih baik permukaannya daripada tanpa aspal. Butiran (granule) berfungsi untuk melindungi permukaan dari penurunan efek sinar UV. Pada beberapa lapisan laminat glass untuk melindungi permukaan dari patah atau pemindahan butiran. Jumlah penguatan pabrik tergantung dari pembuatan produknya. Ketebalan lapisan ini kira-kira 5 mm. Aspal dalam hal ini berfungsi sebagai water proofing sehingga atap menjadi tahan terhadap kebocoran. Selain anti bocor, genteng aspal juga lebih ringan dibandingkan genteng tanah liat, beton, atau genteng keramik. Dengan bobot yang ringan konstruksi atap pun bisa diminimalkan, sehingga biaya pun bisa dihemat. Ada dua model yang tersedia di pasar. Pertama, model datar bertumpu pada multipleks yang menempel pada rangka. Multipleks dan rangka dikaitkan dengan bantuan sekrup. Genteng aspal dilem ke papan. Untuk jenis kedua, model bergelombang, model ini cukup disekrup pada balok gording. Disini penulis mencoba merencanakan pembuatan genteng dengan menggunakan bahan plastic (polimer) dari polipropilena yang diperkuat serat alam (serat sabut kelapa). Untuk membuat barang-barang plastik agar mempunyai sifat-sifat seperti yang dikehendaki, maka dalam proses pembuatannya selain bahan baku utama diperlukan bahan tambahan atau aditif. Keuntungan dari genteng aspal ini, yaitu : ramah lingkungan, tahan lama, dan pemeliharaanya mudah dan fleksibel. Berdasarkan sistemnya

genteng ini memiliki struktur

polimer khusus yang meningkatkan fleksibilitas. Kekuatan tarik produk meningkat karena usia pembuatan lapisan lebih kuat dan lebih tahan lama untuk menyediakan produk dengan kinerja yang sangat baik, (Paroli & Dutt, 1997).

2.10

KARAKTERISTIK GENTENG KOMPOSIT POLIMER

Karakterisasi dari genteng komposit polimer dilakukan untuk mengetahui dan menganalisis campuran matrik dan filler. Karakterisasi ini meliputi sifat fisis


seperti kerapatan dan daya serap air. Sifat mekanis meliputi uji kekuatan lentur , kekuatan impak, kekuatan tarik serta sifat termal meliputi titik bakar dan titik nyala. Karakterisasi genteng aspal sampai saat ini belum memiliki Standar Nasional Indonesia (SNI) sehingga peneliti merujuk kepada standar genteng komersial yang sudah pernah dibuat oleh industri genteng di Ukraina (Terdapat pada Lampiran Q). Adapun karakteristik genteng aspalnya dapat dilihat pada Tabel 2.6 berikut. Tabel 2.6 Karakteristik Genteng Komposit Polimer Komersil No Sifat Fisik dan Mekanik

Nilai

1

Daya serap air

0,6 %

2

Kuat bengkok

10 MPa

3

Ketahanan beku

Tidak kurangdari 150 cycle,cm

4

Abradability

0,9 g/cm3

5

Jangka waktu pelunturan

Tidak kurang dari50 tahun

6

Kedap air

Kedap air

7

Densitas (Kerapatan)

1500kg/m3

8

Ketahanan pukul

Tahan pukul

9

Sifat tahan bakar

Susah terbakar

10

Massa dalam 1 m2

20 kg

11

Masa dalam 1 pc

2,1 kg

12

Jumlah dalam 1 m2

9 pc

(Sumber :http://roofing.com.ua/en/news/2010/09/26/ppcher.htm) 2.10.1 Pengujian Sifat Fisis Untuk mengetahui sifat-sifat fisis genteng komposit polimer dilakukan pengujian kerapatan (ρ) dan Daya Serap Air seperti beerikut : a. Kerapatan (ρ) Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dan volume kering udara. Sampel ditimbang beratnya, lalu diukur rata-rata panjang. Lebar dan


tebalnya untuk menentukan volumenya. Kerapatan sampel genteng komposit polimer dihitung dengan rumus :

𝜌=

Dimana :

𝑚 𝑣

................................................................................................. 2.10

𝜌 = Kerapatan (gr/cm3) m = massasampel (gr)

v = volume sampel (cm3)

b. Daya Serap Air Pada saat terbentuk sampel, kemungkinan terjadinya udara yang terjebak dalam lapisan agregat atau terjadi karena dekomposisi mineral yang terbentuk akibat perubahan cuaca, maka terbentuklah lubang atau rongga kecil didalam butiran agregat (pori). Pori dalam sampel bervariasi dan menyebar diseluruh butiran. Pori-pori menjadi resercvoir air bebas didalam agregat. Persentase berat air yang mampu diserap agregat dan serat di dalam air disebut daya serapan air. Sedangkan banyaknya air yang terkandung dalam agregat dan serat disebut Kadar Air (KA). Pengujian daya serap air ini telah dilakukan terhadap semua jenis variasi sampel yang ada. Prosedur pengujian daya serap air ini mengacu pada ASTM C20-00-2005. Pengujian daya serap air air (Water absorbtion) dilakukan pada masing-masing sampel pengeringan. Lama perendaman dalam air adalah selama 24 jam dalam suhu kamar. Massa awal sebelum dan sesudah direndam diukur. Untuk mendapatkan nilai penyerapan air dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝 𝑎𝑖𝑟 =

Dimana :

𝑀𝑏− 𝑀𝑘 𝑀𝑘

𝑥 100% ............................................ 2.11

M b = Massa sampel dalam keadaan basah (gr)


M k = Massa sampel dalam keadaan kering (gr) Pengujian daya serap air ini mengacu pada ASTM C-20-00-2005 tentang prosedur pengujian, dimana bertujuan untuk menentukan besarnya persentase air yang terserap oleh sampel yang direndam dengan perendaman 24 jam. 2.10.2 Pengujian Sifat mekanik a. Kekuatan Lentur (Ultimated Flexural Strength) Pengujian kekuatan lentur (UFS), dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan komposit terhadap pembebanan pada tiga titik lentur. Disamping itu, pengujian ini juga dimaksudkan untuk mengetahui keelastisan suatu bahan. Adapun yang dimaksud dengan deformasi elastic suatu bahan adalah deformasi yang segera hilanag setelah gaya luar yang mengenainya dihilangkan. Pada pengujian ini terhadap sampel uji diberikan pembebanan yang arahnya tegak lurus terhadap arah penguatan serat. Uji Lentur ini menggunakan ASTM D790 Persamaan berikut diberikan untuk memperoleh kekuatan lentur :

𝑈𝐹𝑆 =

3𝑃𝐿

2𝑏ℎ2

........................................................................................ 2.12

UFS = Kekuatan lentur (Nm-2) P

= Gaya penekanan (N)

L

= Jarak dua penumpu (m)

b

= Lebar sampel (m)

h

= tebal sampel (m)

b. Kekuatan Impak Pengujian impak dapat dilakukan dengan menggunakan alat Wolpert Type : CPSA Cap: 4 Joule model charpy. Perbedaan model Charpy dan Izod adalah peletakan sampel specimen. Penggunaan dengan charpy lebih akurat karena pada metode izod pemegang specimen juga turut menyerap energy, sehingga energy yang terukur bukanlah energy yang mampu diserap material seutuhnya. Uji impak


ini bertujuan untuk menguji ketahanan sampel terhadap benturan akibat dijatuhkannya pemberat secara vertical ke permukaannya.uji Impak ini menggunakan ASTM 256. Harga impak yang dihasilkan (HI) merupakan perbandingan antara energi yang diserap (E) dengan luas penampang (A). kekuatan impak dapat dihitung dengan persaan :

𝐻𝐼 =

Dimana :

𝐸

𝐴

................................................................................................ 2.13

HI = Kekuatan Impak (J/m2) E = Energi serap (J) A = Luas permukaan (m2)

c. Kekuatan Tarik Pengujian tarik (tensile test) adalah pengujian mekanik secara statis dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya dimana gaya tarik yang diberikan sebesar P. Tujuannya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik dari komposit yang diuji diperkuat dengan serat sabut kelapa. Pertambahan panjang (∆l) yang terjadi akibat gaya tarikan yang diberikan pada sampel uji disebut deformasi. Uji tarik ini menggunakan ASTM 638. Regangan merupakan ukuran untuk kekenyalan suatu bahan yang harganya biasanya dinyatakan dalam persen. (Zemansky, 2002) 𝜀=

Dengan :

∆𝑙 𝑙0

𝑥100% =

𝑙−𝑙𝑜 𝑙0

𝑥 100% ............................................................. 2.14

𝜀

= regangan (%)

𝑙𝑜

= Panjang mula-mula (mm)

∆𝑙 = Pertambahan panjang (mm) 𝑙

= Panjang akhir (mm)


Perbandingan gaya pada sampel terhadap luas penampang lintang pada saat pemberian gaya tegangan (stress). Tegangan tarik maksimum suatu kekuatan tarik (tensile strenght) suatu bahan ditetapkan dengan membagi gaya tarik maksimum dengan luas penampang mula-mula. Adapun persamaannya adalah : 𝜎=

Dimana :

𝑃

𝐴

........................................................................... 2.15

𝜎

= Tegangan perpatahan (Nm-2)

𝐴

= Luas penampang awal (m2)

𝑃

= Gaya perpatahan (N)

Perbandingan tegangan terhadap perpanjangan disebut modulus tarik E, 𝐸=

Dimana :

𝜎 𝜀

......................................................................... 2.16

𝐸 = Modulus Elastisitas atu Modulus Young (Pa) 𝜎 = Tegangan (N/m2) 𝜀 = Regangan

Modulus Young adalah ukuran suatu bahan yang diartikan ketahanan material tersebut terhadap deformasi elastic. Makin besar modulusnya, maka semakin kecil regangan elastic yang dihasilkan akibat pemberian tegangan, (Vlack L. , 2002).


2.10.3 Sifat Termal a. Ketahanan Waktu Nyala dan Jarak Bakar Bahan polimer termasuk yang sangat mudah menyala seperti seluloid dan yang dapat habis terbakar sendiri secara spontan, walau api dipadamkan setelah penyalaan, seperti pada polikarbonat. Sifat mampu nyala bahan polimer dapat ditentukan dengan cara membakar bahan yang diletakkan mendatar, cara ini ditetapkan dalam JIS-K6911-1970 dan ASTM-D635-1974. Nyala api dari alat pembakar Bunsen dipegang pada sudut 30oC. Menyalakan specimen yang diletakkan mendatar untuk waktu selama 30detik dan api dijauhkan. Waktu yang diperlukan agar specimen menyala disebut waktu penyalaan dan panjang specimen yang terbakar disebut jarak bakar. Harga-harga tersebut dipakai untuk menyalakan kemampuan nyala dari bahan. 1. Mampu Nyala , terbakar lebih lama dari 180 detik dengan nyala. 2. Habis terbakar sendiri, jarak bakar lebih dari 25 mm tetapi kurang dari 100 mm. 3. Tak mampu nyala, jarak bakar kurang dari 25mm Dalam ASTM, laju nyala menyatakan jarak bakar persatuan waktu, yang dipakai sebagai kemampuan nyala, (Surdia, 1995). Berikut ini Gambar 2.9 skema kerja alat uji nyala

Gambar 2.9 Skema kerja alat uji nyala


BAB II TINJAUAN TEORI

Recommend Documents