Komposit berpenguat serat DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

15 8. Void Void atau gelembung udara merupakan akibat yang tidak bisa dihindari pada saat proses pembuatan. Untuk itu sebisa mungkin meminimalkan void yang dihasilkan pada bahan komposit. Void kekosongan yang terjadi pada matrik sangatlah berbahaya, karena pada bagian tersebut penguattidak didukung oleh matriks, sedangkan penguatselalu akan mentransfer tegangan ke matriks. Hal seperti ini menjadi penyebab munculnya crack , sehingga komposit akan gagal lebih awal. Kekuatan komposit terkait dengan void adalah berbanding terbalik yaitu semakin banyak void maka komposit semakin rapuh dan apabila sedikit void komposit semakin kuat. Void juga dapat mempengaruhi ikatan antara serat dan matrik , yaitu adanya celah pada serat atau bentuk serat yang kurang sempurna yang dapat menyebabkan matrik tidak akan mampu mengisi ruang kosong pada cetakan. Bila komposit tersebut menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan komposit tersebut. Pada pengujian tarik komposit akan berakibat lolosnya serat dari matrik. Hal ini disebabkan karena kekuatan atau ikatan interfacial antara matrik dan serat yang kurang besar Schwartz, 1984.

2.5 Orientasi Serat

Dalam komposit, orientasi serat sangat mempengaruhi dan dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit. Secara umum penyusunan dari arah serat tersebut adalah sebagai berikut: a. Unidirectional , yaitu serat disusun paralel satu sama yang lainnya. Disini kekuatan tarik terbesar terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat. Sedangkan kekuatan yang terkecil pada bahan yang tegak lurus arah serat. b. Pseudoisotropic , yaitu serat disusun secara acak dan kekuatan tarik pada satu titik pengujian mempunyai nilai kekuatan yang sama. c. Bidirectional , yaitu serat disusun tegak lurus satu sama lainnya orthogonal contohnya pada woven roving . Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah serat 0 o dan 90 o dan kekuatan terendah terdapat pada arah serat 45 o . PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 16 Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling proporsional, karena pada pemasangan satu arah serat ini dapat memberi kontribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena pemasangan serat yang semakin acak maka konstribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit fraksi volume kecil sehingga menyebabkan kekuatan komposit semakin menurun. Gambar 2.7 Orientasi Serat Sumber: James F. Shackelford, Introduction to Materials Science for Engineers. c. Mel M Schwartz Jumlah serat bahan komposit serat dapat dinyatakan dalam bentuk fraksi volume serat Vf yaitu perbandingan volume serat Vf terhadap volume bahan komposit Vc. Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit maka akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut. Gambar 2.8 Diagram hubungan antara kekuatan, fraksi volume dan susunan Serat Sumber: Adiyono 1996 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 17

2.6 Jenis Serat

Berdasarkan ukuran panjang, serat dibagi menjadi serat kontinyu continuous dan tidak kontinyu discontinuous . Ukuran panjang serat sangat 22 berpengaruh terhadap kemampuan bahan komposit dalam menahan gaya dari luar. Semakin panjang ukuran serat, semakin efisien menahan gaya dalam arah serat, selain itu secara teori serat panjang akan lebih efektif dalam hal transmisi beban dibandingkan serat pendek. Namun hal tersebut sulit dibuktikan dalam praktek, mengingat faktor manufaktur yang tidak memungkinkan untuk menghasilkan kekuatan optimum pada seluruh panjang serat, karena pada serat yang panjang terjadi ketidakmerataan pada penerimaan beban antara serat. Sebagian serat mengalami ketegangan sedangkan yang lain dalam posisi bebas dari tegangan, sehingga jika komposit tersebut dibebani sampai kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah terlebih dahulu dibanding yang lainnya. Serat yang panjang juga menghilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antara serat dan matrik. Oleh sebab itu bahan komposit serat kontinyu sangat kuat dan liat jika dibandingkan dengan komposit serat tidak kontinyu. Tetapi adakalanya komposit yang diperkuat dengan serat pendek akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar daripada yang diperkuat dengan serat panjang, yaitu dengan cara pemasangan orientasi pada arah optimum yang dapat ditahan serat.

2.7 Komposisi dan Bentuk Serat

Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai bentuk penampang lingkaran, segitiga, heksagonal atau bentuk yang lain, misalnya bujur sangkar. Diameter suatu serat tergantung pada bahannya, dan bervariasi. Kekuatan serat juga dapat dilihat dari diameter serat itu sendiri. Diameter serat yang semakin kecil maka pertambahan kekuatan semakin cepat, namun sebaliknya pertambahan diameter akan mengakibatkan kekuatan semakin berkurang. Perbandingan antara panjang dan diameter serat harus cukup besar, hal ini agar tegangan geser yang terjadi pada permukaan antar serat dan matrik kecil. Berdasarkan komposisinya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat 18 komposit dibedakan menjadi: 1. Serat organik, yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya selulosa, polipropilena, grafit, serat jerami, serat pisang, serat kapas, dll 2. Serat anorganik, yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik, misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang mempunyai kekuatan tinggi dan tahan panas hybrid fiber .

2.8 Matrik

Dalam pembuatan komposit, matrik atau sering disebut resin yang banyak digunakan adalah dari jenis polimer thermosetting yang terdiri dari: a. Resin Poliester Resin poliester adalah bahan matrik polimer yang paling luas penggunaanya sebagai matrik pengikat, dari proses pengerjaan yang sederhana sampai hasil produksi yang dikerjakan dengan proses cetakan mesin. Sebagai resin thermosetting , poliester memiliki kekuatan mekanis yang cukup bagus, ketahanan terhadap bahan kimia, selain itu harganya relatif cukup murah. Resin jenis ini banyak digunakan dalam fiber reinforced plastic karena jika diperkuat dengan serat gelas maka ketahanan panas akan lebih baik, tetapi kurang kuat. Resin poliester dapat mengalami proses curing dalam suhu kamar dan dapat dipercepat dengan menambahkan katalis. Bahan poliester banyak dipergunakan untuk komposit berpenguat serat gelas, contohnya: kapal, tangki penyimpan air dan perlengkapan bangunan. b. Resin Epoksi Resin ini harganya sedikit mahal, tetapi resin jenis ini memiliki keunggulan dalam hal kekuatan yang tinggi dan penyusutan yang relatif kecil setelahproses curing . Resin ini banyak dipakai sebagai matrik pada komposit polimer dengan penguatnya serat karbon atau Kevlar. 19 Tabel 2.1 Sifat Resin Poliester dan Epoksi Sifat Poliester Epoksi Kekuatan tarik MPa 40-90 55-130 Modulus elastis Gpa 2,0-4,4 2,8-4,2 Kekuatan impak Jm 10,6-21,2 5,3-53 Kerapatan gcm 3 1,10-1,46 1,2-1,3 Fungsi dari matriks adalah sebagai bahan pengikat reinforcement, selain sebagai bahan pengikat matriks juga berfungsi sebagai penerus gaya dari satu partikel ke partikel yang lainnya. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan – bahan yang lunak dan liat. Polimer plastis merupakan bahan umum yang bisa digunakan. Contoh bahan polimer yang sejak dulu digunakan sebagai matriks yaitu polyester, vinilester dan epoxy. Jenis matriks polimer dibagi menjadi dua jenis : 1 Polimer Termoset Polimer termoset adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak berubah karena panas. Contohnya: Poliimid, Poliimid Amid dan Polidifenileter. Adapun beberapa sifat dari resin poliester tak jenuh ini adalah Surdia, 1995: 256-258 : 1. Viskositas relatif rendah 2. Mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan maka tidak perlu diberi tekanan untuk pencetakan. 3. Resinnya kaku dan rapuh. 4. Suhu deformasi termalnya lebih rendah dari pada resin termoset lainnya. 5. Ketahanan panas jangka panjangnya kira-kira 110-140 C. 6. Kuat terhadap asam, tetapi lemah terhadap alkali. 7. Tahan terhadap cuaca.. 8. Tahan terhadap kelembaban dan sinar UV. 2 Polimer Termoplastik. 20 Ada bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi atau akan berubah karena panas. Contoh nya : PEEK Poly-Ether-Ether-Ketone PEI Poly-Ether- Imide , Nilon , dll.

2.9 Fase Ikatan

Kemampuan ikatan antara serat dan matrik dapat ditingkatkan dengan memberikan aplikasi permukaan yang disebut coupling agent . Tujuannya adalah meningkatkan sifat adhesi antara serat dan matrik. Coupling agent diperlakukan pada serat sebagai perlakuan secara kimiawi dalam bentuk sizing perlakuan permukaan ketika serat pada proses pembentukan dan finishing perlakuan yang diterapkan setelah serat dalam bentuk benang. Proses ini juga dapat melindungi dan mencegah terjadinya kerusakan akibat gesekan antar serat sebelum dibuat menjadi struktur komposit.

2.10 Bahan Tambah

Penambahan bahan-bahan ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas komposit yang akan dihasilkan. Bahan-bahan tambahan tersebut antara lain: 1. Katalis Katalis adalah bahan pemicu initiator yang berfungsi untuk mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Prosentase katalis dalam suatu bahan komposit relatif kecil sekitar 0,5-1 . Komposisi katalis pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama, dan apabila kelebihan katalis maka akan menimbulkan panas yang berlebihan saat proses curing sehingga akan merusak produk komposit yang dibuat. Katalis yang digunakan berasal dari organic peroxide seperti methyl ethyl ketone peroxide dan acetyl acetone peroxide . 2. Akselerator Akselerator adalah suatu bahan yang biasa digunakan dengan tujuan untuk mempercepat proses curing . Akselerator yang bereaksi dengan katalis di dalam resin polyester akan memberikan reaksi eksoterm antara suhu 80 o -120 o . Akselerator yang biasa digunakan adalah cobalt , amine , dan vanadium . Pada proses curing , PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 21 perbandingan akselerator sekitar 1 volume resin, sedangkan untuk katalis menggunakan perbandingan volume 0,5 dari volume resin. 3. Pigmen atau pasta berwarna Pigmen atau pasta pewarna hanya dipergunakan pada akhir proses dari pembuatan FRP, hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya penurunan kemampuan FRP. Apabila pigmen dan pasta pewarna ini digunakan saat produksi, maka harus dipilih bahan yang sesuai sehingga tidak mempengaruhi proses curing . Pada pelapisan akhir gel coating , perbandingan pigmen atau pasta pewarna adalah 10-5 dari berat resin. Beberapa pilihan warna dari pigmen antara lain: zinc yellow , chrome orange , dan red iron oxide . 4. Release agent Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara lain: waxes semir, mirror glass , polyvynil alcohol , film forming , dan oli, dapat dilihat pada gambar 2.8.