Komposit Sifat-sifat kimia TINJAUAN PUSTAKA

9

2.1.2. Standarisasi Helmet Sepeda

Helmet yang digunakan oleh masyarakat di negara maju pada umumnya sudah mempunyai standard tertentu sesuai dengan peraturan yang ditetapkan oleh pemerintahnya. Diantara standar-standar helmet sepeda yang dikenal luas dan banyak menjadi referensi antara lain Australia Standard EN 397. ASNZS 1801.SS98, European EN helmet standard EN 1078.1990 dan lain-lain. Untuk masing-masing standar memiliki klasifikasi yang berbeda berdasarkan kegunaan dan material yang digunakan. ANSI mengelompokkan dalam dua tipe: 1. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu umumnya digunakan oleh pekerja konstruksi. 2. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh bebas juga dari benda yang datang dari arah lateral baik dari arah depan, samping dan belakang umumnya digunakan oleh petugas pemadam kebakaran.

2.2. Komposit

Komposit adalah penggabungan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang baru dan unik dibandingkan sifat material dasar, sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusunnya. Material komposit terdiri dari dua bagian utama yaitu matriks, dan penguat reinforcement. Pada desain struktur dilakukan pemilihan matriks dan penguat, Universitas Sumatera Utara 10 hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk yang akan dihasilkan gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit sperti terlihat pada gambar 2.2. Gambar 2.2. Gabungan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit Keterangan Gambar: a. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, penguat. b. Penguatserat merupakan unsur penguat kepada matriks. c. Komposit merupakan gabungan, campuran dua atau lebih bahan bahan yang terpisah. Penggabungan dua material atau lebih dapat di bedakan menjadi makro komposit dan mikro komposit. Sifat penggabungan makro adalah dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat, penggabungannya secara fisis dan mekanis, penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis seperti, Kevlar, Glass Fiber Reinforced Plastic GFRP . Dari penjelasan di atas dapat kita ketahui bahwa material komposit dibuat dengan penggabungan secara makro. Karena material komposit merupakan material gabungan secara makro, maka material komposit dapat didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari campuran kombinasi dua atau lebih unsur–unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk atau komposisi material dan pada dasarnya tidak dapat dipisahkan. Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat-sifat bahan pembentuknya serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain: a. Matriks + b. PenguatSerat c. Komposit Universitas Sumatera Utara 11 a. Bahan ringan, kuat dan kaku. b. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya. c. Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan, kekuatan yang tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap impak. Dalam desain struktur pada penelitian ini, jenis matriks yang akan digunakan adalah Polyester resin BTN 157 dan penguat serat TKKS. Matriks ini tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Skema struktur komposit diperlihatkan pada gambar 2.3. Gambar 2.3. Klasifikasi bahan komposit Komposit berdasarkan jenis penguatnya dapat dijelaskan: 1. Komposit Partikel Particle Reinforced Merupakan komposit yang diperkuat partikel, penguat dalam satu atau lebih partikel yang tersebar diikat oleh matriks yang berbeda fasa. Komposit Composite Struct urral Particle Reinforced Fiber Reinforced Large Particle Dispersion Strengthened Continuous Aligned Discontinuou sshort Lamin ates Sandwich Panels Alig ned Rando mly Universitas Sumatera Utara 12 partikel diperkuat oleh logam, polymer, keramik. Komposit partikel terdiri dari partikel besar dan partikel kecil. Partikel Besar Large Particle, merupakan hubungan antar matriks dan partikel merupakan suatu rangkaian kesatuan yang memiliki sifat-sifat bahan fasa partikel lebih keras dan lebih kaku dari pada fasa matriks. Sebagai contoh bahan campuran semen dan kerikil. Partikel Kecil Dispersion Strengthened, hubungan antar matriks dan partikel bukan merupakan suatu rangkaian kesatuan yang memiliki sifat lebih kuat dan kaku dibandingkan komposit partikel besar seperti kekuatan alloy nikel. 2. Komposit Serat Fiber Reinforced Komposit serat merupakan komposit yang diperkuat serat fasa penguat berbentuk serat dalam diikat oleh matriks, diameter 0,01 – 0,1 µm. Ukuran serat sangat menentukan bahan komposit menerima gaya-gaya luar. Semakin panjang ukuran serat maka semakin efisien dalam menerima gaya searah serat. Panjang serat berfungsi untuk menghilangkan kemungkinan retak sepanjang batas pertemuan serat dengan matriks selain itu juga berfungsi mencegah cacat permukaan. Jenis-jenis komposit serat antara lain adalah Continuous Fiber Composite, Chopped Fiber Composite, Woven Fiber Composite, Hybrid Composite. 3. KompositStruktur Laminat Komposit yang terdiri dari dua bahan yang berlainan laminat, terdiri atas susunan fasa penguat dan matriks dalam bentuk laminat bisa dalam arah searah, dan tegak lurus atau arah tidak beraturan tergantung pada keperluan terhadap beban. Arah serat tentunya akan mempengaruhi kekuatan dan kemampuan serat menahan beban pada suatu komposit. Universitas Sumatera Utara 13

2.2.1. Material Komposit Penyusun Struktur Helmet sepeda

Material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu komposit busa polimer diperkuat serat TKKS sebagai bahan teknik alternatif. Untuk mendapatkan struktur komposit yang kuat, serat TKKS dicampur dengan resin thermoset. Material penyusun lainnya adalah blowing agent untuk menghasilkan foam sehingga berat struktur tersebut menjadi lebih ringan, katalis yang berfungsi mengeraskan resin, serta larutan pembersih serat dan pelumas.

1. Serat TKKS Tandan Kosong Kelapa Sawit

Limbah berbentuk padat dari pabrik kelapa sawit umumnya berbentuk tandan kosong, cangkang dan serat buah. Dari berbagai jenis komponen limbah pabrik kelapa sawit yang dihasilkan, tandan kosong kelapa sawit TKKS merupakan komponen yang paling banyak. Secara umum pengelolaan limbah terdiri dari dua aspek yaitu penanganan limbah dan pemanfaatan limbah. Penanganan limbah untuk mengurangi daya cemar dan pemanfaatan limbah untuk mendapatkan nilai tambah. Beberapa penelitian yang sudah dilakukan untuk memanfaatkan tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai bahan baku pembuatan pulp Darnoko dkk, 1995, Penelitian menunjukkan bahwa kandungan seratnya cukup tinggi sehingga tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan sebagai bahan pengisi polimer, seperti bahan pengisi jenis kayu dan turunan selulosa, karena harganya murah, ringan dan dapat diperbaharui. Tandan kosong kelapa sawit TKKS banyak mengandung serat disamping zat-zat lainnya. Bagian dari tandan yang banyak mengandung serat atau selulosa adalah bagian pangkal dan ujungnya yang runcing dan keras. Secara umum sifat Universitas Sumatera Utara 14 fisik dan morfologi serat tandan kosong kelapa sawit TKKS diperlihatkan pada tabel 2.1. Tabel 2.1. Sifat Fisik dan Morfologi Tandan Kosong Kelapa Sawit Parameter Tandan Kosong Kelapa Sawit TKKS Bagian Pangkal Bagian Ujung Panjang Serat mm 1,20 0,76 Diameter Serat μm 15,00 114,34 Tebal dinding μm 3,49 3,68 Kadar serat 72,67 62,47 Kadar non serat 27,33 37,53 Sumber: Darnoko, dkk, 1995 Sementara komposisi dan sifat kimia dari Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit TKKS seperti diperlihatkan pada table 2.2. Tabel 2.2. Komposisi dan Sifat Kimia Tandan Kosong Kelapa Sawit Komponen Kimia Komposisi Lignin 22,23 Ekstraktif 6,37 Pentosan 26,69 Selulosa 37,76 Holoselulosa 68,88 Abu 6,59 Kelarutan dalam: 1 NaOH 29,96 Air Dingin 13,89 Air Panas 16,17 Sumber: Darnoko, dkk, 1995 Universitas Sumatera Utara 15

2. Polyester Resin BQTN 157-EX

Polyester resin BQTN 157-EX merupakan material polimer kondensat yang dibentuk berdasarkan reaksi antara kelompok polyol, yang merupakan organik gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah asam phthalic dan asam maleic adapun jenis polyester resin yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.4. Gambar 2.4. Polyester Resin BTN 157-EX Poliester resin adalah jenis polimer thermoset yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matriks jenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan berbentuk crosslink dengan keunggulan pada daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak. Hal ini disebabkan molekul yang dimiliki material ini ialah dalam bentuk rantai molekul raksasa atom-atom karbon yang saling berhubungan satu dengan lainnya. Dengan demikian struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data mekanik material matriks diperlihatkan pada Tabel 2.3. Universitas Sumatera Utara 16 Tabel 2.3. Karakteristik mekanik polyeter resin BTN 157-EX

3. Blowing Agent

Blowing agent adalah agen busa untuk menciptakan gelembung udara dalam struktur komposit jenis blowing agent yang digunakan pada penelitian ini ialah:

1. Asam Asetat

Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka memiliki rumus empiris C 2 H 4 O 2 . Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH 3 -COOH, CH 3 COOH, atau CH 3 CO 2 H. Asam asetat murni disebut asam asetat glasial adalah cairan higroskopis tak berwarna, dan memiliki titik beku 16.7°C. Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana, setelah asam format. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah asam lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H + dan CH 3 COO-. Asam asetat merupakan pereaksi kimia dan bahan baku industri yang penting. Asam asetat digunakan dalam produksi polimer seperti polietilena tereftalat, selulosa Universitas Sumatera Utara 17 asetat, dan polivinil asetat, maupun berbagai macam serat dan kain. Dalam industri makanan, asam asetat digunakan sebagai pengatur keasaman. Di rumah tangga, asam asetat encer juga sering digunakan sebagai pelunak air. Dalam setahun, kebutuhan dunia akan asam asetat mencapai 6,5 juta ton per tahun. 1.5 juta ton per tahun diperoleh dari hasil daur ulang, sisanya diperoleh dari industri petrokimia maupun dari sumber hayati adapun senyawa asam asetat dapat dilihat pada tabel 2.4. Tabel 2.4. Informasi Umum Senyawa Asam Asetat Informasi Nama sistematis Asam etanoat Asam asetat Nama alternatif Asam metana karboksilat Asetil hidroksida AcOH Hidrogen asetat HAc Asam cuka Rumus molekul CH 3 COOH Massa molar 60.05 gmol Densitas dan fase 1.049 g cm −3 , cairan 1.266 g cm −3 , padatan Titik lebur 16.5 °C 289.6 ± 0.5 K 61.6 °F [1] Titik didih 118.1 °C 391.2 ± 0.6 K 244.5 °F [1] Penampilan Cairan tak berwarna atau kristal Keasaman pK a 4.76 pada 25 °C Asam asetat merupakan nama trivial atau nama dagang dari senyawa ini, dan merupakan nama yang paling dianjurkan oleh IUPAC. Nama ini berasal dari kata Latin acetum, yang berarti cuka. Nama sistematis dari senyawa ini adalah asam etanoat. Asam asetat glasial merupakan nama trivial yang merujuk pada asam asetat yang tidak bercampur air. Disebut demikian karena asam asetat bebas air membentuk kristal mirip es pada 16.7 °C, sedikit di bawah suhu ruang. Universitas Sumatera Utara 18 Singkatan yang paling sering digunakan, dan merupakan singkatan resmi bagi asam asetat adalah AcOH atau HOAc dimana Ac berarti gugus asetil, CH3 −C=O−. Pada konteks asam-basa, asam asetat juga sering disingkat HAc, meskipun banyak yang menganggap singkatan ini tidak benar. Ac juga tidak boleh di salah artikan dengan lambang unsur Aktinium Ac.

a. Sifat-sifat kimia

Atom hidrogen H pada gugus karboksil −COOH dalam asam karboksilat seperti asam asetat dapat dilepaskan sebagai ion H + proton, sehingga memberikan sifat asam. Asam asetat adalah asam lemah monoprotik dengan nilai pK a = 4.8. Basa konjugasinya adalah asetat CH 3 COO − . Sebuah larutan 1.0 M asam asetat kira-kira sama dengan konsentrasi pada cuka rumah. Struktur kristal asam asetat menunjukkan bahwa molekul-molekul asam asetat berpasangan membentuk dimer yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen. Dimer juga dapat dideteksi pada uap bersuhu 120 °C. Dimer juga terjadi pada larutan encer di dalam pelarut tak berikatan hidrogen, dan kadang-kadang pada cairan asam asetat murni. Dimer dirusak dengan adanya pelarut berikatan hidrogen misalnya air. Entalpi disosiasi dimer tersebut diperkirakan 65.0–66.0 kJmol, entropi disosiasi sekitar 154–157 J mol –1 K –1 . Sifat dimerisasi ini juga dimiliki oleh asam karboksilat sederhana lainnya. Asam asetat pekat bersifat korosif dan karena itu harus digunakan dengan penuh hati-hati. Asam asetat dapat menyebabkan luka bakar, kerusakan mata permanen, serta iritasi pada membran mukosa. Luka bakar atau lepuhan bisa jadi tidak terlihat hingga beberapa jam setelah kontak. Sarung tangan latex tidak melindungi dari asam asetat, sehingga dalam menangani senyawa ini perlu Universitas Sumatera Utara 19 digunakan sarung tangan berbahan karet nitril. Asam asetat pekat juga dapat terbakar di laboratorium, namun dengan sulit. Ia menjadi mudah terbakar jika suhu ruang melebihi 39 °C 102 °F, dan dapat membentuk campuran yang mudah meledak di udara ambang ledakan: 5.4-16. Asam asetat cair adalah pelarut protik hidrofilik polar, mirip seperti air dan etanol. Asam asetat memiliki konstanta dielektrik yang sedang yaitu 6.2, sehingga ia bisa melarutkan baik senyawa polar seperi garam anorganik dan gula maupun senyawa non-polar seperti minyak dan unsur-unsur seperti sulfur dan iodin. Asam asetat bercambur dengan mudah dengan pelarut polar atau non-polar lainnya seperti air, kloroform dan heksana. Sifat kelarutan dan kemudahan bercampur dari asam asetat ini membuatnya digunakan secara luas dalam industri kimia.

b. Reaksi-reaksi kimia