6
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Komposit
Komposit merupakan gabungan dari dua atau lebih komponen yang menyatu menjadi satu bahan. Komponen pertama disebut dengan matrik, yang
berfungsi sebagai pengikat. Matriks dalam suatu komposit berperan untuk mempertahankan posisi dan orientasi serat serta melindunginya dari pengaruh
lingkungan. Sedangkan komponen yang kedua disebut dengan reinforcement yang memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan.
Reinforcement atau penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada komponen matriksnya. Sehingga melalui pencampuran kedua material
yang berbeda tersebut maka akan membentuk material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan sifat yang diinginkan dari material pembentuknya.
Unsur utama penyusun komposit adalah serat, serat merupakan penentu sifat komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lain.
2.1.2 Klasifikasi Komposit
Komposit diklasifikasikan berdasarkan dari ukuran bahan penguatnya, partikel, serpihan dan serat, atau melalui tipe dari bahan pengikatnya, polimer,
metal, keramik dan karbon. Gambar 2.1 menunjukkan jenis komposit menurut bentuk bahan penguatnya.
a b
c Gambar 2.1 Komposit Berdasarkan Bentuk Bahan Penguat. a Komposit
Berpenguat Partikel, b Komposit Berpenguat Serpihan, c Komposit Berpenguat Serat Kaw,2006.
a. Komposit Partikel Particulate Composites
Komposit pertikel adalah salah satu jenis komposit dimana dalam matriksnya ditambahkan material lain berupa serbukbutir. Dalam komposit
material penambah terdistribusi secara acak atau kurang terkontrol daripada komposit serpih. Sebagai contoh adalah beton. Gambar 2.2 di bawah ini
memperlihatkan komposit berpenguat partikel.
Gambar 2.2 Komposit Partikel Schwartz, 1984
b. Komposit Serpihan
Komposit serpihan terdiri dari bahan penguat datar pada pengikat. Bahan material serpihan seperti kaca, mika, aluminium, dan perak. Komposit serpihan
memiliki keuntungan seperti kelendutan yang tinggi, kekuatan yang tinggi dan biaya yang murah. Bagaimanapun, serpihan tidak dapat diorientasikan dengan
mudah dan hanya beberapa bahan yang tersedia untuk digunakan. Bentuk komposit serpihan ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Komposit Serpih Schwartz, 1984
c. Komposit Serat Fibre Composites
Merupakan komposit yang hanya terdiri dari satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat. Serat yang digunakan dapat berupa serat gelas,
serat karbon, dan lain sebagainya. Serat ini disusun secara acak maupun secara orientasi tertentu bahkan dapat juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti
anyaman. Schwartz, 1984. Dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Komposit Serat Kaw, 2006 2.1.2.1 Polymer Matrix Composites PMC
Komposit yang paling berkembang adalah komposit berpengikat polimer yang terdiri dari polimer contohnya epoksi dan polyester ditambahkan dengan
penguat dari serat berdiameter kecil seperti grafit, aramid dan boron. Sebagai PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
contoh, komposit epoksi grafit kurang lebih lima kali lebih kuat dari baja pada berat yang sama. Alasan mengapa menjadi komposit pada umumnya karena biaya
rendah, kekuatan tinggi dan prinsip pembuatan yang mudah Kaw, 2006. Komposit berpengikat polimer terdiri dari resin polimer sebagai pengikat
dan serat sebagai penguat sedang. Bahan tersebut digunakan pada kebanyakan industri yang menggunakan komposit, dengan jumlah yang besar, pada temperature
ruangan, mudah dibentuk, dan murah Callister dan Rethwisch, 2014. Komposit berpengikat polimer telah ditetapkan sebagai struktur bahan
teknik. Bukan hanya keingintahuan secara laboratorium atau bahan yang murah untuk membuat kursi dan meja. Hal ini muncul bukan untuk memperkenalkan serat
berperforma tinggi seperti karbon, boron dan aramid tetapi juga karena beberapa bahan pengikat yang ditingkatkan dan baru. Namun, polimer berpenguat serat gelas
mewakili kelas komposit berpengikat polimer terkuat. Komposit berpengikat polimer dengan penguat serat karbon mungkin adalah komposit yang paling
penting, terkhusus bagi bidang udara atau angkasa Chawla, 1998. Lingkupan yang luas dari proses untuk membuat bahan plastik berpenguat
merupakan hal yang baru dan secara terpisah pembuatan bahan polimer biasa adalah metode yang mapan. Cara penggabungan serat dan pengikat pada bahan
komposit tergantung secara khusus pada kebutuhan dan ukuran dari struktur yang akan dibuat Harris, 1999.
2.1.2.2 Metal Matrix Composites MMC
Komposit berpengikat logam terdiri dari sebuah logam atau campuran sebagai pengikat yang bersambungan dan penguatnya dapat berupa partikel, serat
pendek atau rambut dan serat panjang Chawla, 1998. Atribut dasar dari bahan logam dengan penguat partikel keramik keras atau
serat untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan, meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan dan mulur, dan meningkatkan kekerasan, tahan terhadap
pemakaian dan abrasi, digabungkan dengan kemungkinan untuk bekerja pada temperature yang lebih tinggi dari pada logam tanpa penguat atau dibandingkan
dengan plastik berpenguat. Sifat ini menawarkan potensi untuk pengembangan penerapan pompa dan mesin, termasuk badan kompresor, baling-baling dan rotor,
lengan piston dan rangkaiannya, dan banyak lagi Harris, 1999. Komposit berpengikat logam, seperti namanya maka bahan pengikatnya
adalah logam. Contoh bahan pengikat pada komposit seperti aluminium, magnesium, dan titanium. Serat khusus seperti karbon dan silicon karbida. Logam
pada dasarnya diberikan penguat untuk menambah atau mengurangi sifatnya untuk disesuaikan dengan kebutuhan rancangan. Contohnya, kekakuan yang cukup elastic
dan kekuatan dari logam dapat ditingkatkan dan ekspansi koefisien temperature yang besar dan konduktivitas temperature dan listrik dari logam dapat dikurangi,
dengan menambahkan serat seperti silicon karbida Kaw, 2006. Pada komposit berpengikat logam, bahan pengikatnya adalah logam ulet.
Bahan ini dapat digunakan pada temperature tinggi daripada dasar bahan yang sama. Lebih jauh lagi, bahan penguat dapat meningkatkan kekakuan lebih spesifik,
kekuatan lebih spesifik, tahan terhadap abrasi, tahan terhadap laju mulur, PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
koduktivitas termal, dan ukuran yang stabil. Beberapa keuntungan yang melebihi komposit berpengikat polimer termasuk penggunaan pada temperature yang tinggi,
tak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap degradasi yang terjadi oleh cairan organic. Komposit berpengikat logam jauh lebih mahal dari komposit berpengikat
polimer dan dengan alasan tersebut maka penggunaan komposit berpengikat logam menjadi terbatas Callister dan Rethwisch, 2014.
2.1.2.3 Ceramic Matrix Composites CMC
Bahan keramik ulet untuk teroksidasi dan merosot pada temperature yang tidak stabil, yang mana tidak dapat retak karena getas, beberapa dari bahan ini dapat
menjadi kandidat ideal untuk penggunaan di temperature tinggi dan ketegangan berat, secara spesifik untuk komponen kendaraan mobil dan turbin mesin pesawat
Callister dan Rethwisch, 2014 . Proses fabrikasi begitu rumit dan harus dengan hati-hati karena sensitifitas
yang tak dapat dihindari dari sifat bahan pada mikrostrukturnya yang dikontrol dari kondisi dan interaksi pengerjaan. Banyak dari pekerjaan komposit berpengikat
keramik terbaru di Amerika Serikat, Jepang dan Eropa dengan besar diikuti rute yang relative terkenal untuk mencoba untuk member penguatan pada kaca-kaca dan
keramik kaca. Peningkatan substansial pada sifat mekanis telah tercapai dengan membandingankan komposit serat karbon atau kaca diawal Harris, 1999.
Penting untuk menandai usaha pengembangan pada bidang komposit berpengikat keramik adalah paling sering dibutuhkan untuk penggunaan pada
temperature tinggi pada industri penerbangan, ada banyak cabang keteknikkan seperti otomotif, kimia, kelautan, dan pada teknik umumnya sebagai contoh dimana
dibutuhkan komponen ekonomis memiliki sifat mekanis yang baik dan tahan aus dan korosi, pada penggabungan kejut yang memadai dan tahan terhadap kejut
termal pada sedikit kenaikan atau temperature normal Floyd dkk, 1993. Bahan keramik pada umumnya memiliki paket sifat yang menarik: kekuatan
tinggi dan kekakuan tinggi pada temperature yang sangat tinggi, reaksi kimia yang lambat, densitas yang rendah dan masih banyak lagi. Paket menarik ini dirusak oleh
satu kekurangan yang mematikan yaitu ketangguhan yang kacau balau. Bahan ini mudah terjadi kegagalan yang besar dengan kehadiran kekurangan tersebut dari
permukaan maupun dari dalam. Bahan ini secara ekstrim dapat dengan mudah terkena kejutan termal dan dengan mudah rusak saat pembuatannya dan atau
pelayanannya. Untuk itu dapat dimengerti atas banyak pertimbangan pada komposit berpengikat keramik ini untuk mentangguhkan keramik dengan menggabungkan
serat ke dalamnya dan juga mencari kekuatan pada temperature yang tinggi dan tahan terhadap kondisi lingkungan dari keramik tanpa meresikokan kegagalan yang
besar Chawla, 1998. 2.1.2.4
Komposit Berpenguat Serat
Serat adalah unsur utama pada bahan komposit berpenguat serat. Serat menempati fraksi volume terbesar pada lapisan komposit dan membagi porsi yang
besar dari beban pada struktur komposit. menurut Mallick, 2007 pemilihan yang tepat dari serat, tipe, volume fraksi serat, panjang serat dan orientasi serat sangatlah
penting, serat mempengaruhi beberapa sifat dari lapisan komposit seperti: 1.
Densitas 2.
Kekuatan dan modulus tarik PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3. Kekuatan dan modulus tekan
4. Kekuatan terhadap kegagalan oleh kelelahan yang baik
5. Konduktivitas termal dan listrik.
6. Biaya.
Serat mempunyai panjang yang signifikan, sehingga serat dapat dengan mudah disejajarkan pada satu arah untuk menyediakan penguatan yang selektif
pada bahan yang lain. Serat mengandung banyak bentuk panjang, dan oleh karena itu serat memiliki kemungkinan ketidaksempurnaan. Sifat kekuatan serat adalah
variable yang acak. Mengetes 10,000 serat dapat menghasilkan 10,000 nilai kekuatan yang berbeda. Data kekuatan yang tidak seragam untuk membentuk
kemungkinan pendistribusian kekuatan tersebut. Kekuatan rata-rata dan menyebar bervariasi menjadi jumlah yang penting dalam menentukan sifat dari suatu serat.
Karena kekuatan serat yang acak secara alami, banyak penelitian mencoba metode kemungkinan untuk mempelajari kekuatan bahan komposit tersebut Hyer, 1998.
Susunan atau orientasi dari serat relative terhadap satu sama lain, konsentrasi serat dan distribusi semuanya memiliki pengaruh yang signifikan pada
kekuatan dan sifat yang lain dari komposit berpenguat serat. Skematik dari orientasi komposit berpenguat serat ditunjukkan pada Gambar 2.5.
a b
c Gambar 2.5 Skematik Dari Orientasi Komposit Berpenguat Serat Secara a
Sejajar dan Panjang, b Sejajar dan Putus-putus, c Acak dan Putus-putus Callister dan Rethwisch, 2014.
2.1.2.5 Komposit Serat Panjang dan Sejajar
Respon mekanis dari komposit tipe ini bergantung pada beberapa faktor dan termasuk dalam kelakuan tegang dan renggang dari fase serat dan pengikat, fase
fraksi volume dan arah dimana tegangan dan beban terjadi. Lebih jauh lagi, sifat dari komposit memiliki serat yang sejajar merupakan anisotropis yang tinggi, maka
dari itu serat bergantung pada orientasi dimana mereka diukur.
2.1.2.6 Komposit Serat Sejajar dan Putus-putus
Meskipun efisiensi bahan penguat lebih rendah untuk serat putus-putus dibandingan dengan serat panjang, komposit serat sejajar dan putus-putus
berkembang menjadi lebih penting pada pasar komersial. Serat gelas putus-putus adalah yang paling dikembangkan, walaupun serat putus-putus karbon dan aramid
tetap digunakan. Komposit serat pendek tersebut dapat diproduksi dengan modulus PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
elastisitas mendekati 90 dan kekuatan tarik yang mendekati 50 dari serat panjang dengan bahan yang sama.
2.1.2.7 Komposit Serat Putus-putus dan Orientasi Secara Acak
Secara normal, ketika serat diorientasikan secara acak, pendek dan serat putus-putus digunakan, bahan penguat pada tipe ini secara skematis ditunjukan
pada Gambar 2.5c. Untuk bahan penguat serat secara acak dengan penguat orientasi penguat serat secara acak, modulus bertambah dengan bertambahnya
fraksi volume serat. Jenis komposit ini yang akan dibahas dalam tugas akhir ini. Dibawah ini adalah Tabel 2.1 yang menjabarkan efisiensi bahan penguat dari
komposit berpenguat serat untuk beberapa orientsi serat dan pada beberapa variasi arah dari penerapan tegangan.
Tabel 2.1 Efisiensi Bahan Penguat Dari Komposit Berpenguat Serat Untuk Beberapa Orientasi Serat dan Pada Beberapa Variasi Arah Dari Penerapan
Tegangan Krenchel, 1964. Orientasi Serat
Arah Tegangan Efisiensi
bahan Penguat
Seluruh serat secara parallel Parallel pada serat
Tegak lurus pada serat
1
Serat secara acak dan seragam didistribusikan pada bidang yang
spesifik Arah manapun pada
bidang dari serat 38
Serat secara acak dan seragam didistribusikan pada bidang tiga
dimensi Arah manapun
15
Pertimbangan dari orientasi dan panjang serat untuk komposit tertentu bergantung pada level dan penerapan tegangan alami sesuai dengan biaya
pembuatan. Laju produksi untuk komposit serat pendek orientasi secara sejajar maupun acak begitu cepat, dan bentuk yang rumit dapat dibentuk dibandingkan
dengan bahan penguat serat lurus panjang Callister dan Rethwisch, 2014.
2.1.3 Polimer
Polimer didefinisikan sebagai rangkaian panjang molekul yang mengandung satu atau lebih dari pengulangan atom-atom, digabungkan bersama
oleh ikatan kovalen yang kuat. Bahan polimer biasanya disebut plastik adalah kumpulan dari banyaknya molekul-molekul polimer dengan struktur kimia yang
sama tapi tidak sama panjang. Polimer secara struktur jauh lebih rumit dibandingkan dengan logam dan keramik. Polimer biayanya murah dan mudah
dibentuk. Tetapi polimer memiliki kekuatan dan modulus yang rendah dan penggunaan dibatasi pada temperature rendah. Polimer secara umum lebih tahan
terhadap reaksi kimia dibandingkan dengan logam. Proses pembentukan molekul besar dari yang kecil disebut polimerisasi, yang adalah proses dari penggabungan
banyak monomer-monomer, membentuk blok kemudian terbentuk polimer Chawla, 1998.
Beberapa polimer stabil secara termal jika dibandingkan dengan logam atau keramik bahkan menjadi yang paling stabil, contohnya seperti polyimides, atau
poly-ether-ether-ketone dikenal sebagai PEEK terdegradasi oleh temperature diatas 300
O
C, seperti yang diilustrasikan pada Tabel 2.2. di bawah ini tidak ada satu pun bahan penguat yang dapat melawan degradasi secara kimia, tetapi
penghubungan jatuh pada kekuatan dan bertambahnya deformasi ketergantungan waktu mulur atau laju elastis, fitur yang biasanya terdapat pada semua polimer,
resin dengan sistem rangkaian silang lebih rendah dari termoplastik yang dapat di kurangi dengan bahan penguat serat. Masalah yang lebih serius dari polimer adalah
kekuatan dan kekakuan mekanis yang sangat rendah dalam bentuk pejal, dan seperti logam kelemahan plastik yaitu keuletan tetapi kelebihan terdapat pada kegetasan
Harris, 1999.
Tabel 2.2 Stabilitas Termal Dari Beberapa Bahan Pengikat Polimer Harris, 1999.
Type and Polymer Symbol Crystallinty Glass transition
temp, T ᶢ, ºC
Max use temp, ºC
Thermosets: Polyester
PE No
80-100 50
Epoxy Ep
No 120-180
150 Phenolic
Ph No
130-180 200
Bismaleimide BMI
No 180-200
220 Polymide
PI No
300-330 280
Thermoplasts: Polyamide Nylon
PA Yes
80 125
Polyphenylene sulphide
PPS Yes
100 260
Polyether ether ketone PEEK
Yes 143
250 Polycarbonate
PC No
145 125
Polysulphone PS
No 190
150 Polyether imide
PEI No
210 170
Polyether sulphone PES
No 230
180 Thermoplastic polyimide
TPI No
270 240
2.1.3.1 Polimer Thermoset dan Thermoplastic.
Polimer yang sering dipakai adalah polimer yang sering disebut dengan plastik. Plastik dibagi dalam dua kategori menurut sifat-sifatnya terhadap suhu,
yaitu: 1.
Thermoset Resin thermoset merupakan bahan yang tidak dapat mencair atau lunak
kembali apabila dipanaskan. Resin thermoset tidak dapat didaur ulang karena telah membentuk ikatan silang antara rantai-rantai molekulnya. Sifat
mekanisnya bergantung pada unsur molekuler yang membentuk jaringan, rapat serta panjang jaringan silang [Humaidi, 1998]. Contohnya: Polyester,
Epoxy, Phenolic, Bismaleimida BMI, dan Poli-imida PI. 2.
Thermoplastic Resin thermoplastik merupakan bahan yang dapat lunak apabila dipanaskan
dan mengeras jika didinginkan. Jika dipanaskan akan menjadi lunak dan dapat kembali ke bentuk semula karena molekul-molekulnya tidak
mengalami cross linking ikat silang. Contohnya: Polyether imide PEI, Nylon 66, PS, TPI, PC, PPS, PES, dan Poliester eterketon PEEK.
Di bawah ini adalah Tabel 2.3 yang menjabarkan perbedaan antara polimer Thermoplastic dan Thermoset.
Tabel 2.3 Perbedaan antara Thermoplastik dan Thermoset Kaw, 2006. Thermoplastics
Thermoset Soften on heating and pressure, and thus easy to
repair Decompose on heating
High strains to failure Low strains to failure
Indefinite shelf life Definite shelf life
Can be reprocessed Cannot be reprocessed
Not tacky and easy to handle Tacky
Short cure cycles Long cure cycles
Higher fabrication temperature and viscosities have made it difficult to proces
Lower fabrication temperature
Excellent solvent resistance Fair solvent resistante
2.1.4 Resin Poliester dan Resin Epoksi
Dalam pembuatan komposit, resin yang banyak digunakan adalah dari jenis polimer thermoset yang terdiri dari:
a. Resin Poliester
Resin polyester paling banyak digunakan, terutama untk aplikasi konstruksi ringan, selain itu harganya pun murah. Resin ini mempunyai sifat
yang khas, yaitu dapat di warnai, transparan, dapat dibuat kaku dan fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Polyester dapat digunakan
pada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel resin dan keperluannya [Schwartz, 1984].
b. Resin Epoksi
Resin epoxy umumnya dikenal dengan sebutan bahan epoxy. Bahan epoxy adalah salah satu dari jenis polimer yang berasal dari kelompok
thermoset. Bahan epoxy mempunyai sifat tidak bisa meleleh, tidak bisa di olah kembali, dan atomnya berikatan kuat sekali. Epoxy sangat baik sebagai
bahan matriks pada pembuatan bahan komposit. Resin epoksi disiapkan dari molekul oligomer ringan yang
mengandung dua atau lebih grup molekul epoksi. Oligomer yang paling sering adalah diglycidyl ethers, atau secara khusus diglycidyl ethers dari
bisphenol A DGEBA. DGEBA adalah produk dari reaksi kondensasi antara epichlorohydrin dan bisphenol A lihat Gambar 2.6. dibandingkan
dengan poliester, resin epoksi tidak sensitif untuk menyerap kelembaban dan menunjukan performa mekanis dan termal yang unggul, tetapi
pembuatan dan pengeringan dari epoksi lebih lambat dan harga dari resin lebih mahal daripada poliester Akay, 2015. Pada Tabel 2.4. Menjabarkan
tentang kelebihan dan kekurangan resin jenis epoxy.
Gambar 2.6 Formasi dari Pra-polimer Epoksi Akay, 2015. Tabel 2.4 Kelebihan dan Kekurangan Resin Jenis Epoxy Kartini, 2002.
Kelebihan Kekurangan
Ringan, sehingga dapat menurunkan biaya instalasi
Mudah mengalami proses penuaan aging dan degradasi pada permukaan
akibat adanya stress listrik dan termal. Tahan polusi
Proses pembuatan lebih mahal dibandingkan dengan isolator keramik
dan gelas Bersifat hidrofobik
Bersifat getas Memiliki kekuatan dielektrik
yang baik.
Meskipun epoksi lebih mahal dibandingkan dengan bahan pengikat polimer lainnya, tapi epoksi adalah komposit berpengikat polimer yang paling populer.
2.1.5 Mekanika Komposit
Bahan komposit terdiri dari dua atau lebih bahan pokok, perancangan dan analisa dari bahan serupa berbeda dari bahan-bahan konvensional seperti logam.
Pendekatan untuk menganalisa sifat mekanis dari struktur komposit antara lain: a
Menemukan sifat lapisan komposit rata-rata dari sifat masing-masing bahan utama. Sifat seperti kekakuan, kekuatan, suhu dan koefisien ekspansi
kelembaban. Memperhatikan
sifat rata-rata
diperoleh dengan
mempertimbangkan lapisan yang homogen. Pada tingkat ini, satu yang dapat dioptimalkan untuk permintaan kekakuan dan kekuatan dari lamina.
Hal ini disebut dengan micromechanics dari lamina. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
b Pengembangan dari hubungan tegangan regangan untuk lamina searah atau
tak searah. Pembebanan dapat diterapkan sekitar arah utama simetri lamina atau diluar sumbu. Juga, satu pengembangan hubungan untuk kekakuan,
termal dan koefisien ekspansi kelembaban dan kekuatan dari sudut lapisan. Teori kegagalan dari lamina berdasarkan tegangan didalam lamina dan sifat
kekuatan dari lamina. Hal ini disebut dengan macromechanics dari lamina. Struktur yang dibuat dari bahan komposit pada umumnya adalah struktur
lapisan-lapisan lamina dibuat dari beberapa variasi lamina-lamina yang ditumpuk pada satu sama lain. Mengetahui sifat mekanis makro dari sebuah lamina, yang
mengembangkan sifat mekanis makro dari laminat lapisan-lapisan lamina. Kekakuan, kekuatan dan koefisiensi ekspansi suhu dan kelembaban dapat
ditemukan pada keseluruhan laminat. Kegagalan laminat didasari oleh ketegangan dan penerapan dari teori kegagalan pada setiap lapisan. Pengetahuan analisa dari
komposit dapat nantinya membentuk dasar dari perancangan mekanis pada struktur bahan komposit Kaw, 2006.
Bahan material memiliki banyak sifat-sifat mekanikal yang berbeda dari kebanyakan bahan teknik konvensional. Beberapa sifat hanyalah modifikasi dari
sifat konvensional, sedangkan yang lainnya sepenuhnya baru dan membutuhkan analisa baru dan prosedur eksperimental. Kebanyakan bahan teknik bersifat
homogen dan isotropik: a
Benda homogen memiliki sifat yang seragam seluruhnya. Contohnya, sifatnya yang dapat dengan sendirinya menentukan posisi didalam benda.
b Benda isotropi memiliki sifat bahan yang sama disetiap arah pada setiap titik
didalam benda. Contohnya, sifatnya yang dapat dengan sendirinya menentukan orientasi pada titik didalam benda.
Dikarenakan heterogen alami yang tidak melekat dari bahan komposit, maka dengan tepat dipelajari dari dua titik konsentrasi; mikromekanis dan
makromekanis: 1.
Mikromekanis adalah penelitian dari sifat bahan komposit yang mana interaksi dari bahan utama yang diuji pada skala mikroskopis untuk
menentukan efek pada sifat dari bahan komposit. 2.
Makromekanis adalah penelitian dari sifat bahan komposit yang mana bahan tersebut diduga bersifat homogen dan efek dari bahan utama yang
terdeteksi hanya sebagai sifat makroskopik nyata yang dirata-ratakan pada bahan komposit Jones, 1999.
Mekanis dari bahan-bahan berhubungan dengan tegangan, regangan dan perubahan bentuk pada struktur keteknikan diperlakukan terhadap beban mekanikal
dan termal. Asumsi umumnya pada mekanis bahan konvensional, seperti baja dan aluminium, adalah bersifat homogen dan isotropi. Untuk bahan yang homogen, sifat
tidak tergantung pada lokasi, dan untuk bahan isotropis, sifatnya tidak tergantung pada orientasi. Kecuali untuk pekerjaan dingin, butiran bahan logam diorientasikan
secara acak, jadi pada dasar statistik asumsi dari bahan isotropi dapat dibenarkan. Komposit berpenguat serat, pada sisi lain, secara mikroskopik tidak homogen dan
tidak isotropis. Sebagai hasilnya, sifat mekanis dari komposit berpenguat serat jauh lebih kompleks daripada bahan konvensional Mallick, 2007.
2.1.6 Fraksi Volume Komposit
Dibawah ini adalah perhitungan pencampuran bahan komposit berdasarkan fraksi volume bahan pengikat matrik dan volume serat:
Misal : V r
= reinforcement V m
= matrik V h
= hardener V com = 1
Maka persamaanya dapat dituliskan sebagai berikut : V r + V m + V h = 1
2.1.7 Uji Tarik
Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pengujian tarik. Pengujian tarik adalah pengujian yang dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik
dan regangan dari matrik epoksi, maupun komposit berpenguat serat. Cara pengujian:
1. Menghidupkan mesin uji tarik dan mengecek mesin.
2. Menjepit benda uji pada grip penjepit mesin uji tarik.
3. Memberikan pembebanan perlahan-lahan secara bertahap meningkat
sampai suatu beban tertentu dan material benda uji patah. 4.
Memberikan beban tarik pada benda uji yang akan menimbulkan pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji.
5. Mematikan mesin uji tarik dan melepas benda uji dari grip mesin.
Mesin uji tarik ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7. Mesin Uji Tarik. 2.1.7.1
Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan Tegangan adalah struktur mekanis yang menerima gaya eksternal, yang
mana bertindak
diatas benda
sebagai gaya
permukaan contohnya,
membengkokkan sebuah tongkat dan gaya benda contohnya, berat dari tiang telefon yang berdiri secara vertikal. Gaya-gaya ini pada seluruh titik didalam benda
diperlukan karena gaya tersebut butuh lebih kecil dibandingkan dengan kekuatan dari bahan yang digunakan pada struktur. Tegangan didefinisikan sebagai intensitas
dari beban per area, menentukan pengetahuan ini karena kekuatan dari sebuah bahan pada hakekatnya diketahui dalam istilah tegangan.
Regangan merupakan pengetahuan tentang deformasi secara spesifik, yang relatif merubah ukuran dan bentuk dari benda. Regangan pada sebuah titik juga
didefinisikan secara umum pada kubus yang sangat kecil dalam sistem koordinat tangan kanan. Dibawah tekanan, panjang dari sisi kubus yang sangat kecil dapat
berubah. Permukaan dari kubus juga dapat berubah. Perubahan panjang dapat disamakan dengan regangan normal dan perubahan bentuk dapat disamakan dengan
regangan geser Kaw, 2006. Hubungan antara tegangan dan regangan pada beban tarik ditentukan sebagai
berikut: Tegangan :
P = σ x Aₒ
Atau σ =
P �
�
Dengan : P = Beban yang diberikan dalam arah tegak lurus terhadap penampang spesimen
kg Aₒ = Luas penampang mula spesimen sebelum diberi beban mm
2
σ = Kekuatan tarik kgmm
2
Regangan dinyatakan sebagai : Ԑ =
∆� �
�
Dengan : Ԑ = Engineerin Strain regangan
�
�
= Panjang mula-mula spesimen ∆� = Penambahan panjang
2.1.8 Kerusakan Pada Komposit
Seperti semua bahan, komposit juga dapat gagal. Perbedaan yang penting dengan menghormati bahan yang isotropis dimana ada banyak dasar dari
mekanisme kegagalan. Ini berkaitan dengan beban dan struktur laminat. Beberapa mekanisme kegagalan yang terjadi pada komposit:
Sobekan Splitting
Delaminasi Delamination
Tertekuk Buckling
Kelelahan Fatigue
Kerusakan impak Impact Damage
Mulur dan stress relaxation Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan rusaknya
suatu bahan komposit, yaitu pembebanan tarik tekan baik dalam arah longitudinal maupun transversal, serta geser.
2.1.8.1 Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal
Pada bahan komposit yang akan diberi beban tarik searah serat, keruskan bermula dari serat-serat yang patah pada penampang terlemah. Semakin besar
beban, akan semakin banyak pula serat yang patah. Pada kebanyakan kasus, serat tidak patah sekaligus secara bersamaan. Apabila serat yang patah semakin banyak,
maka akan terjadi beberapa kemungkinan dan ditunjukan pada Gambar 2.8. a.
Bila serat mampu menahan gaya geser dan meneruskan ke serat sekitar, maka serat yang patah akan semakin banyak. Hal ini akan menimbulkan
yang disebut retakan. Patahan yang terjadi disebut patah getas brittle failure.
b. Bila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul
di ujung, serat dapat terlepas dari matrik debonding dan komposit akan rusak tegak lurus arah serat.
c. Kombinasi dari kedua tipe diatas, pada kasus ini terjadi di sembarang
tempatdisertai dengan kerusakan matrik. Kerusakan yang terjadi berupa patahan seperti sikat brush type.
Gambar 2.8. Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Longitudinal Sumber: Adiyono, 1996
2.1.8.2 Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal.
Serat pada komposit yang mengalami pembebanan tegak lurus arah serat transversal, akan mengalami konsentrasi tegangan pada interface antar serat dan
matrik itu sendiri. Oleh karena itu, bahan komposit yang mengalami beban transversal akan mengalami kerusakan pada interface. Kerusakan transversal ini
juga dapat terjadi pada komposit dengan jenis serat acak dan lemah dalam arah transversal. dengan demikian, Gambar 2.9. memperlihatkan kerusakan akibat beban
tarik transversal terjadi karena: PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
a. Kegagalan tarik matrik
b. Debonding pada interface antara serat dan matrik
Gambar 2.9. Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal Sumber: Bambang Kismono Hadi, 2000:41
2.1.8.3 Kerusakan Internal Mikroskopik
Definisi kerusakan suatu bahan disesuaikan dengan kebutuhan. Beberapa struktur dapat dianggap rusak apabila terjadi kerusakan total. Namun untuk struktur
tertentu, deformasi yang sangat kecil sudah dapat dianggap sebagai kerusakan. Hal ini sangat dapat terjadi pada komposit. Pada bahan ini, kerusakan
internal mikroskopik dapat jauh terjadi sebelum kerusakan yang sebernarnya terjadi. Kerusakan mikroskopik yang terjadi pada komposit dapat berupa:
a. Patah pada serat fiber breaking
b. Retak mikro pada matrik matrix micro crack
c. Terkelupasnya serat dari matrik debonding
d. Terlepasnya lamina satu dengan yang lainnya delamination
Untuk melihat kerusakan ini maka harus menggunakan mikroskop, dan foto mikro akan menunjukkan jenis-jenis kerusakannya. Karena kerusakan ini tidak
dapat dilihat oleh mata secara langsung, maka akan sulit menentukan kapan dan dimana suatu komposit akan rusak. Oleh karena itu, suatu komposit dikatakan
mengalami kerusakan apabila kurva tegangan-regangan didapat dari pengujian PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
tarik tidak lagi linear, atau ketika bahan tersebut telah rusak total. Hal ini berlaku baik pada komposit satu lapis lamina maupun laminat.
2.1.9 Tumbuhan Pinang
Pinang merupakan tanaman yang sekeluarga dengan kelapa. Salah satu jenis tumbuhan monokotil ini tergolong palem-paleman. Secara rinci, sistematika pinang
diuraikan sebagai berikut: Divisi : Plantae
Kelas : Monokotil Ordo : Arecales
Famili : Arecaceae atau Palmae Genus : Areca
Spesies :Areca catechu L
2.1.9.1 Kandungan kimia pinang
Biji buah pinang mengandung alkaloid, seperti arekolin C
8
H
13
NO
2
, arekolidine, arekalin, guvakolin, guvasine dan isoguvasine, tanin terkondensasi,
tannin terhidrolisis, flavon, senyawa fenolik, asam galat, getah, lignin, minyak menguap dan tidak menguap, serta garam. Maskromo dan Miftahorrochman 2007
menyebutkan bahwa biji buah pinang mengandung proantosianidin, yaitu suatu tannin terkondensasi yang termasuk dalam golongan flavonoid. Proantosianidin
mempunyai efek antibakteri, antivirus, antikarsinogenik, anti-inflamasi, anti-alergi, dan vasodilatasi. Tanaman pinang berpotensi antikanker karena memiliki efek
antioksidan, dan antimutagenik. Maskromo dan Miftahorrochman 2007 menyatakan batang pinang
mengandung beberapa kandungan yang sama dengan buahnya. Batang pinang mengandung alkaloid, tanin, kanji, resin, karbohidrat, dan arekolin. Menurut
Nugroho dkk. 2004 batang kelapa bagian atas dan bagian dalam banyak mengandung gula dan pati sehingga proses ekstraksi membuat sebagian gula dan
pati akan terlarut. Distribusi holoselulosa pada kelapa baik secara longitudinal maupun lateral memiliki kecenderungan tidak beraturan.
2.1.9.2 Morfologi tumbuhan
Pinang merupakan tanaman famili palmae yang dapat mencapai tinggi 15 - 20 m dengan batang tegak lurus bergaris tengah 15 cm. Buahnya berkecambah
setelah 1,5 bulan dan 4 bulan kemudian mempunyai jambul daun-daun kecil yang belum terbuka. Pembentukan batang baru terjadi setelah 2 tahun dan berbuah pada
umur 5-8 tahun tergantung keadaan tanah. Tanaman ini berbunga pada awal dan akhir musim hujan dan memiliki masa hidup 25-30 tahun. Biji buah berwarna
kecoklatan sampai coklat kemerahan, agak berlekuk-lekuk dengan warna yang lebih muda. Pada bidang irisan biji tampak perisperm berwarna coklat tua dengan
lipatan tidak beraturan menembus endosperm yang berwarna agak keputihan Depkes RI, 1989. Tumbuhan pinang dan bagian-bagiannya di tunjukan pada
Gambar 2.10. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 2.10. Pinang dan bagian-bagiannya Sumber: http:www.wikipedia.co.idpinang
2.1.9.3 Serat Pinang
Kayu palmae mempunyai sifat yang lebih dekat dengan kayu daun lebar daripada kayu daun jarum. Hal ini dicerminkan oleh adanya saluran pada struktur
kayu kelapa sawit yang menyerupai sel pembuluh pada kayu daun lebar. Jadi untuk mengetahui serat pada batang pinang rujukan dari serat daun lebar dapat digunakan.
Apabila sepotong kayu daun lebar seratnya dipisah-pisahkan dan diamati di bawah mikroskop, maka akan tampak sel-sel dengan berbagai macam bentuk
ukuran, ada yang mirip tong atau pipa, ada yang mirip kotak dan ada yang berbentuk panjang dan sangat lansing. Sel-sel yang berbentuk panjang dan langsing ini dikenal
dengan nama serat. Dinding serat biasanya lebih tebal dari dinding parenkim dan pembuluh. Panjangnya antara 300-3600 mikron. Ketebalan dindingnya relatif
dibandingkan diameter, dapat tipis, tebal atau sangat tebal. Serat dikatakan berdinding sangat tebal jika lumen atau rongga selnya hampir seluruhnya terisi
dengan lapisan-lapisan dinding. Sifat mechanic serat dapat dilihat pada Tabel 2.5. Dari ciri inilah dapat dipahami bahwa serat berfungsi sebagai penguat batang pohon
Mandang dan Pandit, 1997. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 2.5 Mechanical Properties Serat Pinang Bino dkk, 2016 Tensile Strenght MPa
Young’s modulus GPa Elongation
147-322 1,142-3,155
10,23-13,15
Dalam penelitian ini serat pinang direndam untuk memisahkan lignin dari serat pinang. Serat pinang itu juga dapat diolah secara kimia untuk meningkatkan
sifat mekanik menggunakan NaOH. Di antara semua serat alam, pinang tampaknya merupakan bahan yang menjanjikan karena murah, ketersediaan melimpah dan
tanaman yang berpotensial tinggi. Volume serat pinang mencapai 30 - 45 dari total volume buah.
2.2 Tinjauan Pustaka