BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. KOMPOSIT
Komposit adalah suatu sistem bahan yang tersusun melalui pencampuran atau penggabungan dua atau lebih makrokonstitutein yang berbeda dalam bentuk dan atau
komposisi material dan tidak larut satu sama lain Wirjosentono, B. 1996. Pada umumnya bahan komposit antara dua atau lebih dari tiga bahan yang memiliki
sejumlah sifat yang tidak mungkin dimilki oleh masing-masing komponennya. Dalam pengertian ini sudah barang tentu kombinasi tersebut tidak perlu terbatas kepada
bahan polimernya, tetapi mencakup bahan logam dan keramik Surdia, T dan Saito, S. 1985.
2.2. POLIMER
Polimer berasal dari bahasa Yunani, polus yang berarti banyak dan meris yang berarti bahagian. Jadi polimer diartikan sebagai rangkaian atom yang panjang dan
berulang-ulang yang dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul yang dinamakan monomer. Salah satu contoh polimer adalah polietilena. Contoh ikatan
kimia polietilena seperti ditunjukkan pada gambar berikut:
5
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
a b
Surdia, T. dan Saito, S., 1985 Gambar 2.1. Ikatan Kimia Polietilena a. Etilena, b. Polietilena
Penggunaan polimer sebagai material teknis, terus menunjukkan perkembangan yang sangat pesat. Plastik adalah salah satu contoh polimer yang
banyak digunakan sebagai bahan kemasan. Produk plastik telah mendominasi setiap bidang dari kehidupan manusia
sekarang ini, mulai dari peralatan rumah tangga, pertanian, industri, rumah sakit, sampai pada tekhnologi ruang angkasa. Bahan plastik secara bertahap mulai
menggantikan gelas, kayu dan logam di bidang industri. Kecenderungan ini dapat dilihat pada Gambar 2.2. Tampak dari grafik menunjukkan adanya peningkatan
penggunaan plastik dunia yang relatif lebih besar dibanding penggunaan bahan seng, tembaga, karet, aluminium maupun baja.
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
Plastics Additives Coumpounding Word Buyers’ Guide, 2006 Gambar 2.2. Konsumsi Plastik Dunia
Pemilihan polimer sebagai alternatif bahan kemasan karena secara umum polimer memiliki sifat-sifat umum yang khas, diantaranya adalah:
1. Mampu cetak adalah baik. Pada temperature relative rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan , penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya
pembuatan relatif lebih rendah dibanding pada logam atau keramik. 2. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah rendah
dibanding logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan dapat diproduksi barang yang kuat dan dan ringan.
3. Banyak diantara polimer bersifat isolator listrik yang baik. Polimer mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran
karbon, serbuk alam dan lain-lain. 4. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan yang
baik akan mengfhasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik sekali.
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
5. Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat pemplastis, pengisi dan sebagainya, sifat-
sifat dapat berubah dalam daerah yang luas. 6. Secara umum bahan polimer relatif lebih murah.
7. Kurang tahan terhadap panas. Hal ini sangat berbeda dengan logam dan keramik. Walaupun ketahanan panas bahan polimer tidak sekuat logam dan keramik, pada
penggunaannya harus cukup diperhatikan. 8. Kekerasan permukaan yang sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada, tetapi
masih jauh di bawah kekerasan logam dan keramik. 9. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali
beberapa bahan khusus seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak dapat larut, mudah retak karena kontak yang terus menerus denagn pelarut dan disertai adanya
tegangan. Oleh karena itu perlu perhatian yang cukup. 10. Mudah termuatilistrik secara elektrolistatik. Kecuali beberapa bahan yang khusus
agar dibuat menjadi hantaran listrik, kurang higroskopoi dan dapat dimuati listrik. 11. Bebara bahantahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil.Surdya, T.
dan Saito, S., 1986 Penggunaan bahan polimer sebagai bahan teknik misalnya dalam industri
suku cadang mesin, konstruksi bangunan dan transportasi, tergantung sifat mekanisnya, yaitu ganbungan antara kekuatan yang tinggi dan elastisitas yang baik.
Sifat mekanis yang khas ini disebabkan oleh adanya dua macam ikatan dalam bahan polimer, yaitu ikatan kimia yang kuat antara atom dan interaksi antara rantai polimer
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
yang lebih lemah. Dalam hal bahan logam yang merupakan zat padatpolikristalin, sifat mekanis ini tergantung dari sifat patah bahan karena adanya cacat kristal. Karena
itu kekuatan mekanis bahan logam jauh lebih kecil dari sifat kekuatan mekanis teoritisnya yang diperkirakan dari energi ikatan antar ion.
Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik menggunakan alat pengukur tensometer atau dinamometer , bila terhadap bahan
diberikan tegangan. Secara praktis, kekuatan tarik diartikan sebagai besarnya beban maksimum F
maks
yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan luas penampang.. Karena selama dibawah pengaruh tegangan, spesimen
mengalami perubahan bentuk deformasi maka definisi besarnya beban maksimum F
maks
yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan dibagi dengan luas penampang mula-mula A
o
. Secara matematis ditulis:
t
j
= A
F j
maks maks
2.1 dimana:
maks
j = kekuatan tarik Nm
2
= Pa.
maks
F = gaya N.
A = luas penampang m
2
. Wirjosentono, B., 1995
Selama deformasi, dapat diasumsikan bahwa volume spesimen tidak berubah sehingga perbandingan luas penampang semula dengan luas penampang sertiap saat
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
= I
I A
A
i dengan I dan I
masing-masing adalah panjang spesimen setiap saat dan mula-mula. Bila didefinisikan besaran kemululuran
sebagai nisbah pertambahan
panjang terhadap panjang mula-mula =
I I
i maka diperoleh hubungan:
i A
A +
1 =
2.2
Hasil pengamatan sifat kekuatan tarik ini dinyatakan dalam bentuk kurva tegangan yakni nisbah beban dengan luas penampang
A =
F
terhadap perpanjangan bahan regangan yang disebut dengan kurva tegangan-regangan. Bentuk kurva
tegangan-regangan ini merupakan karakteristik yang menunjukkan indikasi sifat mekanis bahan yang lunak, keras, kuat, lemah, rapuh atau liat, Gambar 2.3.
merupakan contoh kurva tegangan-regangan beberapa bahan. Tampak dari kurva yang ditunjukkan bahwa untuk jenis bahan yang berbeda akan memiliki kurva yang
berbeda bergantung pada besar tegangan dan regangan masing-masing bahan.
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
Wirjosentono, B., 1995 Gambar 2.3. Kurva Tegangan-Regangan Beberapa Bahan
Bila bahan polimer elastis dikenakan gaya tarikan dengan laju yang tetap, mula-mula kenaikan tegangan yang diterima bahan berbanding lurus dengan
perpanjangan spesimen. Sampai dengan titik elastis bila mana tegangan dilepaskan maka spesimen akan kembali seperti bentuk semula, tetapi bila tegangan dinaikkan
sedikit saja, akan terjadi perpanjangan yang besar. Kemiringan kurva pada keadaan ini disebut modulus atau kekakuan, sedangkan besarnya tegangan dan perpanjangan
mencapai titik elastis ini masing-masing disebut tegangan yield dan kemuluran pada yield. Di atas titik elastis ini molekul-molekul polimer berorientasi searah dengan
tarikan dan hanya memerlukan sedikit tegangan untuk menaikkan perpanjangan. Bila
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
semua rantai polimer telah tersusun teratur, membentuk struktur kristalin, bahan menjadi lebih liat dan diperlukan tegangan yang lebih besar untuk menaikkan
perpanjangan. Akhirnya bahan akan terputus bila bila tegangan telah melampaui gaya interaksi total antar segmen. Perpanjangan dan tegangan pada saat bahan terputus ini
masing-masing disebut kemuluran dan kekuatan tarik akhir
. Gambar 2.4. berikut memperlihatkan sebuah digram tegangan-regangan suatu logam kenyal.
i
t
j
Sears, F.W and Zemansky, M.W.,1962 Gambar 2.4. Kurva Tegangan-Regangan Logam Kenyal
Tegangannya tegangan tarikan sederhana dan regangannya menunjukkan prosentase perpanjangan. Dibagian awal kurva sampai regangan yang kurang dari 1,
tegangan dan regangan adalah proporsional samapai titik a batas proporsional tercapai. Hubungan proporsional antara tegangan dan regangan dalam daerah ini
disebut hukum Hooke. Mulai a sampai b tegangan dan regangan tidak proporsional,
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
tetapi walaupun demikian bila beban ditiadakan disembarang titik antara 0 dan b, kurva akan menelurusi jejaknya kembali dan bahan yang bersangkutan akan kembali
pada panjang awalnya. Dikatakanlah bahwa dalam daerah 0b bahan itu elastis atau memperlihatkan sifat elastis dan titik b dinamakan batas elastis. Kalau bahan itu
ditambah bebannya, regangan akan bertambah dengan cepat, tetapi apabila beban dilepas disuatu titik melewati titik b, misalkan di titik c, bahan tidak akan kembali
kepanjang awlnya, melainkan akan mengikuti garis putus-putus. Panjangnya pada tegangan nol kini lebih besar dari panjang awalnya dan bahan itu dikatakan
mempunyai suatu regangan tetap permanent set. Penambahan beban lagi sehingga melampaui c akan sangat menambah regangan sampai tercapai titik d, dimana bahan
menjadi putus. Dari b ke d, logam itu dikatakan mengalami arus plastis atau depormasi platis, di mana terjadi luncuran dalam logam itu sepanjang bidang yang
tegangan luncurnya maksimum. Jika antara batas elastis dan titik putus terjadi depormasi plastis yang besar, logam iti dikatakan kenyal duktil. Akan tetapi jika
pemutusan terjadi segera setelah melewati batas elastis, logam itu dikatakan rapuh. Sears, F.W and Zemansky, M.W., 1962.
Besar kekuatan tarik, kekuatan tekan dan kekuatan lentur bahan polimer massa jenis tanggi dan bahan polimer massa jenis rendah seperti ditunjukkan pada
Tabel 2.1. beriukut.
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
Tabel 2.1. Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer Kekuatan
Tarik Perpanjangan
Modulus Elastisitas
Kekuatan Tekan
Kekuatan Lentur
Polietilena MPa MPa
MPa MPa
Polietilena Massa
Jenis Tinggi
HDPE 21 - 38
15 - 100 4 - 10
22 7
Polietilena Massa
Jenis Rendah
LDPE 7 - 14
90 - 650 1,4 - 2,4
- -
Dieter, G, E., 1986 Laju mulur
didefinisikan sebagai perbandingan pertambahan panjang dengan panjang mula-mula yang dinyatakan dalam persen. Secara matematis ditulis:
i
100 -
= x
L L
L i
f
2.5 dimana
= i laju mulur
= ,
f
L L
panjang spesimen sebelum dan sesudah diberi tarikan mm. Laju mulur yang diperbolehkan dalam industri adalah 10
-7
– 10
-4
jam, akan tetapi secara praktis tidak mudah memriksa sifat sifat melar bahan pada laju
regangan yang demikian rendah, oleh karena itu pengujian dilakukan pada orde pangkat dua lebih besar yaitu : 10
-5
– 10
-2
jam.
Maryono: Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik, 2008. USU e-Repository © 2008
Untuk melihat karakteristik spesimen maka dapat dilakukan dengan menggunakan Uji SEM. SEM Scanning Electron Mikroskope adalah alat yang
dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik.
2.3. POLIETILENA