Dasar Teori DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

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