c. Keperluan penggunaan seperti rentang suhu penggunaan.
d. Bentuk komponen yang dihasilkan.
e. Kemudahan fabrikasi atau pemrosesan
f. Biaya pengolahan.
Richardson juga mengatakan bahwa polimer lebih banyak digunakan karena mempunyai beberapa kelebihan, yaitu :
a. Lebih mudah diproses.
b. Mempunyai sifat mekanik dan dielektrik yang baik.
c. Merupakan bahan dengan kerapatan yang rendah.
d. Mempunyai suhu pemrosesan yang lebih rendah dibandingkan suhu pemrosesan
logam.
2.1.2 Fasa Penguat Dalam Komposit
Fasa penguat atau fasa tersebar merupakan bahan yang bersifat lengai dalam bentuk serat, partikel, kepingan, pengisi dan lamina yang ditambahkan untuk
meningkatkan sifat mekanik dan fisik komposit seperti meningkatkan kekuatan, kekakuan dan keliatan. Richardson, 1987 mengemukakan bahwa sifat yang dapat
diperoleh hasil penggunaan fasa penguat atau tersebar antara lain : a.
Peningkatan maksimum dalam sifat fisik b.
Penyerapan kelembapan yang rendah c.
Sifat pembasahan yang baik d.
Biaya yang rendah dan mudah diperoleh
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
e. Ketahanan terhadap api yang baik
f. Ketahanan terhadap bahan kimia yang baik
g. Sifat keterlarutan dalam air dan pelarut yang rendah
h. Ketahanan terhadap panas yang baik
i. Dapat diperoleh dalam berbagai bentuk
Antara berbagai jenis fasa penguat yang lazim digunakan dalam komposit ialah serat kaca, serat karbon, serat kevlar, dan serat alam seperti jut, sisal, kelapa,
tandan kelapa sawit, kayu karet, serbuk kayu, dan lain-lain.
2.1.3 Antar Muka Pengisi- Matriks
Lazimnya untuk semua bahan komposit akan terdapat dua fasa berlainan yang dipisahkan oleh suatu kawasan yang dinamakan antar muka. Daya sentuhan dan daya
kohesif pada bagian antar muka amat penting karena antar muka pengisi-matriks ialah bagian yang memindahkan beban dari fasa matriks kepada fasa penguat atau fasa
tersebar Hull, 1992. Unjuk kerja dan stabilitas dari bahan komposit yang diperkuat oleh serat tergantung kepada suatu ikatan antar muka antara serat dan matriks. Pada
komposit-komposit yang diperkuat dengan pengisi alami biasanya terdapat suatu kekurangan pada adhesi antar muka di antara serat-serat selulosa hidrofilik dengan
resin-resin hidrofobik yang berpengaruh terhadap ketidakserasian incompability. Keberadaan senyawa-senyawa waxy pada permukaan serat juga akan berakibat tidak
efektifnya ikatan antara resin dengan serat serta mengakibatkan pembasahan pada permukaan yang tidak baik. Selain hal tersebut di atas, keberadaan air dan gugus-
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
gugus hidroksil khususnya daerah-daerah amorf melemahkan kemampuan dari serat untuk memperbaiki karakteristik adhesi dengan bahan pengikat. Kandungan air dan
penyerapan kelembaban yang tinggi pada serat-serat selulosa menyebabkan pembengkakan swelling dan efek pemplastikan yang menyebabkan ketidakstabilan
dimensional dan menurunkan sifat-sifat mekanik Mwaikambo dan Ansell, 1999. Pemindahan beban ini bergantung pada daya ikatan yang terbentuk pada antar muka.
Ada berbagai teori yang menerangkan pengikatan pada antar muka dan kebanyakannya melibatkan ikatan kimia dan mekanik. Menurut Hull 1992 dan
Schwartz 1983 terdapat lima mekanisme pada antar muka, hal ini ditunjukkan pada Gambar 1-5 yaitu :
a. Adsorpsi dan Pembasahan
Gambar 1 menunjukkan mekanisme adsorpsi dan pembasahan. Untuk pembasahan pengisi yang baik, leburan fasa matriks resin harus menutupi
seluruh permukaan pengisi agar udara dapat disingkirkan. Mekanisme ini diberikan oleh persamaan termodinamika yang melibatkan energi permukaan
dalam bentuk kerja pelekatan, yaitu : W
A
=
SV
+
LV
+
SL........................................................................................................................................
1 Dengan
SV
= energi permukaan antar muka padatan dan uap
LV
= energi permukaan antar muka uap dan cair
SL
= energi permukaan antar muka padatan dan cair
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
W
A
adalah ikatan fisik yang disebabkan daya penyebaran antar molekul setempat yang dapat tersebar dan fasa penguat.
uap cairan
padatan y
LV
y
SL
y
SV
Gambar 1. Mekanisme Adsorpsi dan Pembasahan b.
Interdifusi Gambar 2 menunjukkan mekanisme difusi. Menurut mekanisme ini, suatu ikatan
akan terbentuk apabila molekul-molekul polimer meresap dari suatu permukaan ke dalam struktur molekul permukaan yang lain. Kekuatan ikatannya bergantung
pada jumlah kekusutan molekul dan jumlah molekul yang terlibat. Jumlah peresapan bergantung pada konformasi molekul, konstituen yang terlibat dan
kemudahan pergerakan molekul, konstituen yang terlibat dan kemudahan pergerakan molekul. Selain itu, resapan juga dapat ditingkatkan dalam kehadiran
pelarut dan pemplastik.
Gambar 2. Mekanisme Interdifusi
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
c. Daya Tarikan Elektrostatik
Gambar 3 menunjukkan mekanisme daya tarikan elektrostatik. Pengikatan daya tarikan elektrostatik berhasil apabila terdapat perbedaan kutub antara dua
konstituen. Kekuatan pengikatan bergantung pada perbedaan kutub antara dua konstituen ini. Mekanisme ini tidak begitu menyumbang kepada ikatan antar
muka kecuali apabila agen penghubung digunakan.
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
- -
- -
- -
- -
- -
Gambar 3. Mekanisme Daya Tarikan Elektrostatik d.
Pengikatan Kimia Mekanisme pengikatan kimia ditunjukkan dalam Gambar 4. Pengikatan kimia
terjadi apabila komposit digunakan bersama-sama agen penghubung atau bahan penyerasi. Pengikatan terbentuk sebagai hasil suatu reaksi kimia antara senyawa
kimia di atas permukaan pengisi fasa penguat dengan senyawa kimia yang serasi dengan matriks. Kekuatan pengikatannya bergantung pada jenis ikatan
kimia.
A A
A A
A A
B B
B B
B B
Gambar 4. Mekanisme Pengikatan Kimia
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
e. Pengikatan Mekanik
Gambar 5 menunjukkan mekanisme pengikatan mekanik. Pengikatan mekanik berlaku secara interlocking mekanik apabila geometri permukaan fasa matriks
dan fasa pengukuhan pengisi tidak rata. Walau bagaimanapun, kekuatan pada arah tegangan melintang adalah lemah di banding pada arah tegangan menegak.
Beberapa faktor yang mempengaruhi pengikatan mekanik ialah kekasaran permukaan faktor utama dan terpenting, aspek geometri, tekanan dalam dan
tekanan residual yang berhasil pada saat proses fabrikasi.
Gambar 5. Mekanisme Pengikatan Mekanik 2.2 Polimer Polietilena
Polimer merupakan molekul besarraksasa yang terbentuk dari unit-unit yang berulang sederhana monomer, polimer terbagi dalam tiga kelompok umum yaitu
polimer elastomer, polimer dengan sifat-sifat elastis, seperti karet, polimer serat, polimer mirip benang, seperti kapas, sutera atau nilon, dan polimer plastik yang
berupa lembaran tipis Fessenden, 1992. Perulangan unit-unit monomer dapat membentuk susunan rantai linear, bercabang, dan jaringan Steven, 2001.
Berdasarkan sumbernya polimer dapat dibagi dua, yaitu polimer alam seperti pati,
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
selulosa, dan sutera yang dihasilkan oleh melalui tanaman dan binatang, polimer lainnya adalah polimer sintetik yang dihasilkan di laboratorium, lazimnya disebut
plastik mudah dibentuk. Polimer plastik atau sintetik dapat dilelehkan dan dibentuk menjadi bermacam-macam bentuk, berupa lembaran dan serat-serat yang digunakan
untuk tekstil Hart, 1990. Polietilena merupakan suatu polimer yang terbentuk dari unit-unit berulang
dari monomer etilena. Polietilena atau disebut juga polietena atau politena atau etena homopolimer memiliki berat molekul 1500 – 100.000 dengan perbandingan C, 85,7
dan H, 14,3, dapat dibuat melalui polimerisasi etilena pada suhu dan tekanan tinggi atau rendah. Polietilena dibuat dengan polimerisasi gas etilena CH
2
=CH
2
pada tekanan 1500 – 50.000 psi, dengan suhu 350
o
C dengan inisiator peroksida, hasilnya adalah amorf dan rantai bercabang. Gambar 6 menunjukkan reaksi polimerisasi gas
etilena menjadi polietilena.
C
H
C
H
H H
C C
H
H H
H
n
Panas T=250
o
C P=1000 atm
Katalis
Gambar 6. Reaksi Polimerisasi Polietilena Jenis polietilena yang banyak digunakan adalah polietilena densitas rendah
LDPE yang mempunyai rantai cabang dan polietilena densitas tinggi HDPE yang tidak mempunyai cabang tetapi merupakan rantai utama yang lurus. Sedikitnya
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
cabang-cabang pada rantai terutama akan memperkuat gaya-gaya ikatan antar molekul. Dengan berdekatannya rantai-rantai utama akan menaikkan kristalinitas,
rapat massa dan kekuatannya. HDPE memiliki tingkat kristalinitas hingga 90 sedangkan LDPE mencapai 50 . Hal ini akan berpengaruh pada berat jenis yang
merupakan faktor penentu pada sifat-sifat mekanis yang dimiliki oleh bahan tersebut. LDPE bersifat lentur, ketahanan listriknya baik, kedap air, lebih lunak dari
HDPE, bersifat absorbsi dan tembus cahaya yang kurang baik dibanding HDPE. LDPE lebih bersifat elastis dibanding HDPE, hal ini karena kristalinitasnya rendah
disebabkan adanya rantai cabang dari rantai polimer, sedangkan HDPE mempunyai sifat kristalinitas yang tinggi dan lebih kaku karena HDPE merupakan polimer linier.
Proses pembuatan rantai panjang dari polimer termoplastik polietilena secara umum dapat dilakukan dengan dua cara Cowd, 1991:
a. Proses dengan kondisi pada tekanan tinggi yang menghasilkan LDPE
b. Proses dengan kondisi pada tekanan rendah yang menghasilkan HDPE
Polietilena merupakan bahan polimer yang memiliki tingkat kekasaran yang baik, tahan terhadap berbagai bahan kimia kecuali oksida kuat dan halida, larut dalam
hidrokarbon aromatik dan larutan hidrokarbon yang terkloronasi diatas 70
o
C, tetapi tidak ada pelarut yang melarutkan polietilena secara sempurna pada temperatur
kamar. Polietilena cenderung tidak tahan terhadap cahaya sehingga mudah berubah warna oleh pengaruh cahaya matahari dan menghasilkan material yang berwarna
hitam Meyer, 1984. Dikarenakan sifat-sifat yang dimiliki tersebut maka semua jenis polietilena LDPE, MDPE dan HDPE banyak digunakan sebagai matriks dalam
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
pembuatan komposit termoplastik. Sifat fisika dan sifat mekanik dari polietilena dapat dilihat pada Tabel 1 berikut di bawah ini :
Tabel 1. Sifat Fisika dan Mekanik Polietilena
Sifat Fisika LDPE
HDPE
Kekuatan Tarik, MPa 5 - 15
20 – 40 Modulus Young, MPa
100 - 250 400 – 1200
Berat Jenis 0,91 – 0,93
0,94 – 0,96 Titik Leleh
124
o
C 105
o
C Muai Termal,
o
C 180.10
-6
120.10
-6
Perpanjangan 100 500
Sumber : Vlack, 2004 Matel, dkk 2006 menemukan bahwa komposit LDPE yang diperkuat dengan
modifikasi serat rumput dengan 1 peroksida telah meningkatkan kekuatan tarik dan modulus Young dari komposit tersebut. Dengan jumlah pengisi lebih dari 60 dalam
komposit LDPE tersebut maka sifat-sifat mekanisnya juga akan meningkat secara signifikan.
Habibi, dkk 2008 menemukan bahwa komposit LDPE yang diperkuat dengan serat-serat selulosa berukuran 60 mesh telah meningkatkan secara relatif
derajat kristalinitas komposit dengan penambahan asam stearat sebagai bahan penyerasi.
Tengku Faisal Zulkifli Hamid: Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah LDPE Terisi Tempurung Kelapa, 2008.
USU e-Repository © 2008
2.3 Tempurung Kelapa
