2
. Selama ini, penelitian yang dilakukan banyak menggunakan serat sintesis. Hal ini dikarenakan serat sintesis mudah didapat, praktis, dan sifat mekaniknya telah tertentu.
Namun limbah serat sintesis memberikan dampak lingkungan yang tidak baik sehingga beralih pada serat alam. Oleh karena itu, peneliti tertarik untuk mengetahui sifat fisis dan
sifat mekanik komposit serat palem saray dengan matriks Poliester. Komposit serat palem saray dengan resin poliester dirancang untuk mendapatkan komposit yang kuat, kokoh, lentur
dan ringan.
1.2. Perumusan Masalah
1. Apakah serat palem saray dapat digunakan sebagai penguat pada komposit
polimer? 2.
Bagaimana pengaruh komposisi serat palem saray dan lama perendaman serat palem saray dalam NaOH 5 terhadap sifat fisis densitas; serapan air; kadar air
dan sifat mekanik tarik; lentur; impak dari komposit SPS-P?
1.3. Pembatasan Masalah
1. Fraksi volume serat palem saray dengan variasi: 0; 1; dan 2.
2. Lama perendaman Serat Palem Saray dalam NaOH 5 dengan variasi: original; 1
jam; 2 jam; 3 jam; dan 4 jam. 3.
Pengujian yang dilakukan meliputi uji fisis densitas, serapan air, kadar air dan uji mekanik tarik, lentur, dan impak.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui teknologi pembuatan komposit serat alam, dalam hal ini yaitu
metode Saling Silang. 2.
Untuk mengetahui pengaruh dari komposisi dan lama perendaman serat palem saray terhadap karakterisasi komposit
3. Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan sifat-sifat fisis komposit yang dibuat
dari serat palem saray – poliester SPS-P
3
1.5. Manfaat Penelitian
1. Untuk mengetahui informasi tentang pemanfaatan serat palem saray Caryota
mitis yang selama ini tidak termanfaatkan. 2.
Untuk mendapatkan suatu bahan komposit yang terbuat dari serat palem saray dengan campuran matriks poliester yang ramah lingkungan.
3. Untuk mendapatkan bahan komposit dengan sifat yang dapat diaplikasikan.
4. Untuk meningkatkan nilai ekonomis dari serat palem saray.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada masing –masing bab adalah:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, tempat penelitian dan sistematika
penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan penelitian, diagram alir penelitian, prosedur penelitian, dan pengujian sampel.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas tentang tentang data hasil penelitian dan analisa data yang diperoleh dari penelitian.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian dan memberikan saran untuk penelitian yang lebih lanjut.
4
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,
5
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 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.
Marinekelautan : 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
6
bagian yaitu: 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, :
a 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.
b 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. Komposit serat panjang long fiber 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
7
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 Fiber Composite
b Woven fiber composite c Chopped Fiber Composite d Hybrid Composite
2. 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
8
3. 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
4. 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 serpih-serpih 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.
9
5. 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
10
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.
2.2.3 Serat Sintetis
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 atau serat yang dibuat oleh manusia umumnya dibuat menggunakan bahan petrokimia, yaitu bahan
kimia apapun yang diperoleh dari bahan bakar fosil. Ini termasuk bahan bakar fosil yang telah dipurifikasi seperti metana, propona, butana, bensin, minyak tanah, bahan bakar disel,
bahan bakar pesawat, dan juga termasuk berbagai bahan kimia untuk pertanian seperti
11
pestisida, herbisida, pupuk, dan bahan -bahan seperti plastik, aspal, dan bahan serat buatan lainnya. Tetapi ada juga serat sintetis yang dibuat dari selulosa alami seperti rayon. 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 Serat alam
Serat sintesis
Massa jenis Rendah
2x serat alami Biaya
Rendah Lebih tinggi dari serat alam
Terbarukan Ya
Tidak Kemampuan didaur ulang
Ya Tidak
Konsumsi energy Rendah
Tinggi Distribusi luas
Luas Luas
Menetralkan CO
2
Ya Tidak
Menyebabkan abrasi Tidak
Ya Resiko kesehatan
Tidak Ya
Limbah Biodegradable
Tidak Biodegradable
Ristadi, 2011.
12
2.2.4 Serat Palem Saray caryota mitis
Indonesia merupakan negara yang kaya dengan berbagai jenis palem, diperkirakan 460 jenis palem yang termasuk dalam 35 genus dan tersebar di seluruh
Indonesia Muhaemin, 2012. Salah satunya jenis palem adalah palem saray, atau palem ekor ikan, gandhuru. Dalam bahasa Inggris sering juga disebut fishtail palm,
dan dalam bahasa Thailand disebut juga tauran. Pohon palem saray banyak tumbuh di kawasan hutan tropis pulau Sumatera Indonesia, yaitu di kawasan Bukit Barisan.
Serat palem saray merupakan serat alam yang sangat cocok digunakan sebagai penguat pada pembuatan papan komposit, karena memiliki kekuatan mekanik yang
lebih besar dari serat alam lain nya seperti ijuk dan lain-lain. Klasifikasi dari tumbuhan palem saray sendiri adalah sebagai berikut:
Kingdom: plantae
tumbuhan; Subkingdom:
tracheobionta; Superdivisi:
spermatophyte; Kelas: liliopsida; Subkelas: arecidae; Ordo: arecales; Famili: arecaceae; Genus: caryota; Spesies: caryota mitis lour.
Plantamor, 2012
a b Gambar 2.4 : a Pohon Palem Saray, b Serat Palem Saray
13
2.3 Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit 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 matrikserat.
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 poli vinil clorida,
FE polietilen, nilon 66, poliamida, poliasetal dan lain-lain Hebi, 2011.
14
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 Matriks Poliester
