Pembuatan dan Karakterisasi Papan Komposit Menggunakan Serat Sisal dan Resin Poliester

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposit

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari
dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama
lainnya, baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir
bahan tersebut (Nurun, 2013). Material komposit dapat didefinisikan sebagai
kombinasi dari dua atau lebih bahan yang menghasilkan sifat yang lebih baik
daripada sifat bahan penyusunnya (Campbell, 2010). Menurut Lokantara (2012),
komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda dimana
satu material sebagai fasa pengisi (matriks), dan yang lainnya sebagai fase
penguat (reinforcement).
Pada umumnya suatu bahan komposit adalah tunggal, dimana merupakan susunan
dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan
sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat unsur bahan penyusunnya.Dalam
prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matriks) dan suatu jenis
penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan
kekakuan matrik.Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre/fiber).Beberapa

faktor yang mempengaruhi Fiber-Matriks Composite antara lain:
1. Jenis serat, serat digunakan untuk dapat memperbaiki sifat dan struktur
matik, mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk
menahan gaya yang terjadi.
2. Orientasi

serat,

menentukan

kekuatan

mekanik

komposit

yang

mempengaruhi kinerja komposit tersebut.
3. Panjang serat, sangat berpengaruh terhadap kekuatan dimana serat panjang

lebih kuat dibandingkan serat pendek.
4. Bentuk serat, pada umumnya semakin kecil diameter serat akan
menghasilkan kekuatan komposit yang semakin tinggi.
5. Jenis matrik, matrik berfungsi sebagai pengikat serat menjadi sebuah unit
struktur,

melindungi

dari

perusakan

eksternal,

meneruskan

atau

memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik.
6. Ikatan serat-matrik, keberadaan void dalam komposit akan mengurangi


Universitas Sumatera Utara

kekuatan komposit yang disebabkan ikatan interfacial antara matrik dan
serat yang kurang besar.
7. Katalis / pengeras, digunakan untuk membantu proses pengeringan resin
dan serat dalam komposit. (Setyawan, 2012).
2.1.1 Manfaat Bahan Komposit
Bahan komposit dapat digunakan dalam berbagai bidang, seperti :
1.

Luar angkasa

: komponen pesawat terbang, komponen
helikopter, dan komponen satelit.

2.

Auto mobile


: komponen mobil, komponen kereta, komponen
mesin.

3.

Olahraga dan rekreasi :stik golf, sepatu olahraga, raket tenis, sepeda.

4.

Industri pertahanan

: komponen jet tempur, peluru, komponen kapal
selam.

5.

Industri pembinaan

: jembatan, terowongan, tank.


6.

Kesehatan

: kaki palsu, sambungan sendi pada pinggang.

7.

Marine/kelautan

: kapal layar, kayak.

2.1.2 Klasifikasi Komposit
Menurut (Schwartz,1984), secara garis besar ada lima jenis komposit berdasarkan
penguat yang digunakan yaitu:
1. Komposit serat (fiber composite)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu
lapisan menggunakan serat penguat. Serat yang digunakan biasanya
berupa serat gelas, serat karbon, serat aramid, dan sebagainya. Serat ini
bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa

juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. Komposit yang
diperkuat dengan serat dapat digolongkan menjadi dua bagian yaitu:
(a) Komposit serat pendek (short fiber composite)
Komposit yang diperkuat dengan serat pendek umumnya sebagai
matriknya adalah resin termoset yang amorf atau semikristalin.
Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dibagi menjadi
dua bagian, :

Universitas Sumatera Utara

b. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek yang mengandung
orientasi secara acak (inplane random orientation). Secara acak biasanya
derajat orientasi dapat terjadi dari suatu bagian ke bagian yang lain. Akibat
langsung dari distribusi acak serat ini adalah nilai fraksi volume lebih
rendah dalam material yang menyebabkan bagian resin lebih besar. Fraksi
berat yang lebih rendah berhubungan dengan ketidakefisienan balutan dan
batasan-batasan dalam proses pencetakan.
c. Material komposit yang diperkuat dengan serat pendek yang terorientasi
atau sejajar antara satu dengan yang lain.Tujuan pemakaian serat pendek
adalah memungkinkan pengolahan yang lebih mudah, lebih cepat,

produksi yang lebih murah, dan lebih beraneka ragam (Emma,1992).
b. Komposit serat panjang (longfiber composite)
Keistimewaan komposit serat panjang adalah akan lebih mudah
untuk diorientasikan, jika dibandingkan dengan serat pendek.
Walaupun demikian serat pendek memiliki rancangan yang lebih
banyak. Secara teoritis, serat panjang dapat menyalurkan pembebanan
atau tegangan dari suatu titik pemakaiannya. Pada prakteknya hal ini
tidak mungkin terjadi, karena variabel pembuatan komposit serat
panjang tidak mungkin memperoleh kekuatan tarik melampaui panjang
nya.
Perbedaan serat panjang dan serat pendek yaitu serat pendek dibebani
secara tidak langsung, atau kelemahan matriks akan menentukan sifat
dari produk komposit tersebut yakni jauh lebih kecil dibandingkan
dengan besaran yang terdapat pada serat panjang. Bentuk serat
panjang memiliki kemampuan yang tinggi, disamping itu kita tidak
perlu memotong-motong serat.
Fungsi penggunaan serat sebagai penguat secara umum adalah sebagai
bahan yang dimaksudkan untuk memperkuat komposit, disamping itu
penggunakan serat juga untuk mengurangi penggunaan resin,
sehingga akan diperoleh suatu bahan komposit yang lebih kuat,

kokoh, dan tangguh jika dibandingkan produk bahan komposit yang
tidak menggunakan serat penguat (Emma,1992).

Universitas Sumatera Utara

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.1 Komposit Serat (fibrous composites ) ; (a) Continous FiberComposite
(b)Woven fiber composite (c) Chopped Fiber Composite (d) Hybrid Composite

d. Komposit laminat (laminated composite)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang
digabungkan menjadi satu, dan setiap lapisannya memiliki karakteristik
khusus. Komposit laminat ini terdiri dari empat jenis, yaitu komposit serat

kontinyu, komposit serat anyam, komposit serat acak, dan komposit serat
hibrid.
Komposit yang terdiri dari lapisan yang diperkuat oleh matrik sebagai
contoh adalah plywood yangs erring digunakan bahan bangunan dan
kelengkapannya. Pada umumnya, manipulasi makroskopis yang dilakukan
yang tahan terhadap korosi, kuat, dan tahan terhadap temperatur.

Gambar 2.2 Komposit Lapis (laminated composite)

e. Komposit pertikel (particulated composite)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai
penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriks. Komposit yang terdiri
dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen yang
kita jumpai sebagai beton, senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.

Universitas Sumatera Utara

Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan
partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama
dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan, kelembaban,

katalisator dan lain-lain. Komposit partikel ini berbeda dengan jenis serat acak
sehingga bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat dipengaruhi oleh tegangan
koheren diantara fase partikel dan matriks yang menunjukkan sambungan yang
baik.

Gambar 2.3 Komposit Partikel

f. Komposit serpihan (flake composite)
Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan
sebelumnyayang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi
serat sejajar permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas serpihserpih yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan
kedalam matriks. Sifat-sifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan
adalah bentuknya besar dan datar sehingga dapat disusun dengan rapat
untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas
penampang lintang tertentu. Pada umumnya serpihan-serpihan saling
tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan
fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena
penetrasi atau perembesan.
g. Komposit pengisi (filler composite)
Komposit ini terdiri dari struktur sambungan tiga dimensi yang menerobos

struktur dimensi atau impregnasi dengan dua phase material pengisi.
Pengisi juga mempunyai bentuk tiga dimensi yang ditentukan oleh
kekosongan di dalam matriks.

Universitas Sumatera Utara

2.2 Serat
Serat secara umum terdiri dari dua jenis yaitu serat alam dan serat
sintetis.Serat alam adalah serat yang diperoleh langsung dari alam.Serat atau fiber
dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama penahan beban, sehingga
besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatan serat
pembentuknya. Semakin kecil bahan (diameter serat mendekati ukuran kristal)
maka semakin kuat bahan tersebut, karena minimnya cacat pada material (Oroh
dkk, 2013).
Serat merupakan bahan yang kuat, kaku, dan getas. Karena serat yang
terutama menahan gaya luar, ada dua hal yang membuat serat menahan gaya
yaitu:
1. Perekatan (bonding) antara serat dan matriks (intervarsial bonding) sangat
baik dan kuat sehingga tidak mudah lepas dari matriks (debonding).
2. Kelangsingan (aspec ratio) yaitu perbandingan antara panjang serat
dengan diameter serat cukup besar.
Serat dicirikan oleh modulus dan kekuatannya yang sangat tinggi, elongasi
(daya rentang yang baik ), stabilitas panas yang baik, kemampuan untuk diubah
menjadi filamen–filamen dan sejumlah sifat–sifat lain yang bergantung
pemakaian (Stevens,2001).
2.2.1 Serat sebagai Penguat
Secara umum dapat dikatakan bahwa fungsi serat adalah sebagai penguat
bahan untuk memperkuat komposit sehingga sifat mekaniknya lebih kaku,
tangguh dan lebih kokoh dibandingkan dengan tanpa serat penguat, selain itu serat
juga menghemat penggunaan resin.
Dalam penggabungan antara serat dan resin, serat akan berfungsi sebagai
penguat (reinforcement) yang biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan tinggi,
sedangkan resin berfungsi sebagai perekat atau matrik untuk menjaga posisi serat,
mentransmisikan gaya geser dan juga berfungsi sebagai pelapis serat. Matriks
biasanya mempunyai kekuatan relatif rendah tetapi ulet, karena itu serat secara
dominan akan menentukan kekuatan dan kekakuan komposit.
Sifat mekanik komposit sangat dipengaruhi oleh orientasi seratnya,
komposit bisa bersifat quasi-isotropic ketika digunakan serat pendek yang
diorientasikan secara acak, anisotropic ketika digunakan serat panjang yang
diorientasikan pada beberapa arah, atau orthotropic ketika digunakan serat
panjang yang diorientasikan terutama pada arah yang saling tegak lurus.Kekuatan
komposit sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis, geometri, arah,

Universitas Sumatera Utara

distribusi, dan kandungan serat (Jamasri, 2008).
Beberapa syarat dari serat untuk dapat memperkuat matriks antara lain:
1. Mempunyai modulus elastisitas yang tinggi
2. Kekuatan lentur yang tinggi
3. Perbedaan kekuatan diameter serat harus relative sama
4. Mampu menerima perubahan gayadari matriks dan mampu menerima gaya
yang bekerja padanya.

2.2.2 Serat Alam
Serat secara umum terdiri dari dua jenis, yaitu serat alam dan serat
sintetis.Serat alam adalah serat yang dapat langsung diperoleh dari alam.Biasanya
berupa serat yang dapat langsung diperoleh dari tumbuh-tumbuhan dan binatang.
Serat yang banyak digunakan oleh manusia diantaranya adalah kapas, wol, sutera,
pelepah pisang, sabut kelapa, ijuk, bambu, nanas dan kenaf atau goni. Salah satu
serat yang terbaru adalah serat palem saray. Serat alam memiliki kelemahan yaitu
ukuran serat yang tidak seragam, kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh usia.
Serat sintetis adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik dengan
komposisi kimia tertentu. Serat sintetis mempunyai beberapa kelebihan yaitu sifat
dan ukurannya yang relatif seragam, kekuatan serat dapat diupayakan sama
sepanjang serat. Serat sintetis yang telah banyak digunakan antara lain serat gelas,
serat karbon, kevlar, nylon, dan lain-lain.
Perbedaan antara serat alami dan serat sintetis yang digunakan pada
pembuatan komposit dapat dilihat pada tabel perbandingan berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan antara Serat Alami dan Serat Sintetis

Parameter
Massa jenis
Biaya
Terbarukan
Kemampuan didaur ulang
Konsumsi energy
Distribusi luas

Serat alam
Rendah
Rendah
Ya
Ya
Rendah
Luas

Serat sintesis
2x serat alami
Lebih tinggi dari serat alam
Tidak
Tidak
Tinggi
Luas

Universitas Sumatera Utara

Menetralkan CO2
Menyebabkan abrasi
Resiko kesehatan
Limbah

Ya
Tidak
Tidak
Biodegradable

Tidak
Ya
Ya
Tidak Biodegradable

2.2.3 Serat sisal
Tanaman sisal adalah tanaman perdu dengan daun-daun yang menjulang
berbentuk pedang dengan panjang 1,5 sampai 2 meter. Tanaman ini dapat
bertahan hidup dalam kondisi kering, dapat tumbuh pada tanah cadas atau
berbatu-batu dengan kemiringan lebih dari 30o. Umumnya ada dua tipe klom sisal
yaitu yang tepi daunya berduri dan yang tidak berduri. Klasifikasi dari tanaman
sisal adalah sebagai berikut :

Gambar 2. Tanaman sisal
Kingdom
Divisi
Kelas
Ordo
Famili
Genus
Spesies

: Plantae
: Magnoliophyta
: Liliopsida
: Liliales
: Agavaceae
: Agave
: Agave sisalana

Dari tanaman sisal ini yang dapat diolah hanyalah daunnya. Dari daun sisal
dapat diperoleh serat-serat yang bisa diolah lagi menjadi bermacam-macam
produk. Di industri tradisonal serat sisal digunakan untuk pembuatan karung, tali
temali, keset dan sapu. Kebutuhan dunia industri terhadap serat terus meningkat
seiring dengan perkembangan agroindustri yang berbahan baku serat seperti
industri rumah tangga, industri tali temali, interior mobil dan industri pulp kertas.

Universitas Sumatera Utara

Bahan serat seperti sisal memiliki potensi pasar yang besar untuk menggantikan
serat sintetis yang terbuat dari plastik.
2.3 Matriks
Matriks adalah fasa dalamkomposit yang mempunyai bagian atau fraksi
volume terbesar (dominan). Syarat pokok matriks yang digunakan dalam
komposit adalah matrik harus bisa meneruskan beban, sehingga serat harus bisa
melekat pada matrik dan kompatibel antara serat dan matrik, artinya tidak ada
reaksi yang mengganggu. Umumnya matriks dipilih yang mempunyai ketahanan
panas yang tinggi (Jamasri, 2008).
Pada umumnya matriks berfungsi sebagai :
a.

Untuk melindungi komposit dari kerusakan, baik kerusakan mekanik
maupun kimiawi.

b.

Untuk mengalihkan / meneruskan beban dari luar kepada serat.

c.

Sebagai pengikat.

d.

mentransfer tegangan ke serat.

e.

membentuk ikatan koheren permukaan matrik/serat.
Adapun sifat resin yang harus dimiliki adalah sebagai berikut :

1. Sifat-sifat mekanis yang bagus.
2. Sifat-sifat daya rekat yang bagus.
3. Sifat-sifat ketangguhan yang bagus.
4. Ketahanan terhadap degradasi lingkungan bagus .
(Ellyawan,2008)
Secara umum matriks terbagi atas 2 kelompok, yaitu :
1. Termoplastik, yaitu polimer yang bisa mencair dan melunak. Hal ini
disebabkan karena polimer - polimer tersebut tidak berikatan silang (linier
atau bercabang) biasanya bisa larut dalam beberapa pelarut. Termoplastik
merupakan bahan yang mudah menjadi lunak kembali apabila dipanaskan
dan mengeras apabila didinginkan sehingga pembentukan dapat dilakukan
berulang-ulang karena mempunyai struktur yang linier. Keistimewaan
dari termoplastik ini adalah bahan-bahan termoplastik yang telah

Universitas Sumatera Utara

mengeras dapat diolah kembali dengan mudah sedangkan termoset sulit
dan bahkan tidak bisa diolah kembali. Contoh termoplastik PVC (polivinil
clorida), FE (polietilen), nilon 66, poliamida, poliasetal dan lainlain(Hebi, 2011).
2. Termoset, yaitu polimer yang tidak mau mencair atau meleleh jika
dipanaskan. Polimer - polimer termoset tidak bisa dibentuk dan tidak
dapat larut karena pengikatan silang, menyebabkan kenaikan berat
molekul yang besar (Steven,2001). Beberapa resin termoset yang sangat
terkenal sering digunakan oleh masyarakat umum: resin poliester dan
epoksi (Beckwith,2012)
2.4 Pengujian Sifat Fisis
2.4.1

Pengujian Densitas (density)
Densitas merupakan salah satu sifat fisis yang menunjukkan perbandingan
antara massa benda terhadap volumenya atau banyaknya massa zat per satuan
volume.
Persamaan yang digunakan untuk menghitung densitas yaitu :

………………………………… (2.1)

Dengan:
3

ρ = densitas atau kerapatan (g/cm )
m = massa komposit (gram)
3
V = volume komposit (cm )

2.4.2 Pengujian Daya Serap Air

Pengujian daya serap air dilakukan untuk menentukan besarnya persentase
air yang terserap oleh sampel yang direndam dengan perendaman di dalam air
(aquadest) selama 24 jam. Daya serap sampel terhadap air dapat dihitung
menggunakan persamaan berikut ini :

Universitas Sumatera Utara

Dengan :

Mk = Massa kering komposit (gram)
Mb = Massa basah komposit (gram)

2.4.3 Pengujian Kadar Air

Pengujian kadar air dilakukan untuk menentukan besarnya kandungan air
di dalam suatu benda, caranya dengan memasukkan sampel pada oven suhu 100o
C selama 3 jam. Kadar air suatu benda dapat dihitung menggunakan persamaan
berikut:
..…………………………… (2.3)

Dengan :
m1= Massa akhir komposit (gram)
m2 = Massa awal komposit (gram)

2.5 Pengujian Sifat Mekanik
Untuk mengetahui sifat mekanik suatu material harus dilakukan pengujian.
Masing-masing pengujian memiliki cara yang berbeda-beda, secara umum dapat
dikatakan pembebanan secara statik dan pembebanan secara dinamik.
2.5.1 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength Test)
Pengujian tarik (tensile stength test ) adalah pengujian mekanik secara
statis dengan cara sample ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya
dimana gaya tarik yang diberikan sebesar F (Newton). Tujuannya untuk
mengetahui sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik) dari komposit yang diperkuat
dengan serat palem saray.
Pengujian kekuatan tarik (tensile stength test ) ini akan mengubah bentuk
dari komposit yaitu dengan adanya pertambahan panjang pada komposit tersebut.
Pengujian tarik (tensile stength test ) ini dapat dilihat pada gambar :
Nilai kekuatan tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

Universitas Sumatera Utara

σ=

…………………..…………. (2.4)
ε=

x 100 %

……………………………… (2.5)

Dengan :
σ

= Kuat tarik (Mpa)

F

= Gaya (N)

Ao

= Luas permukaan (mm )

ε

= Regangan ( % )

ΔL

= Pertambahan panjang(mm)

Lo

= Panjang mula-mula (mm)

2

Sesuai dengan hukum Hooke, tegangan adalah sebanding dengan
regangan.Kesebandingan tegangan terhadap regangan dinyatakan sebagai
perbandingan tegangan satuan terhadap regangan satuan.
Pada bahan kaku tetapi elastis seperti baja, kita peroleh bahwa tegangan
satuan yang diberikan menghasilkan perubahan bentuk satuan yang relatif
kecil.Perkembangan hukum Hooke tidak hanya pada hubungan tegangan –
regangan saja, tetapi berkembang menjadi modulus young atau modulus elastisitas
(E). Modulus Elastisitas tersebut dapat dihitung dengan persamaan berikut ini:
…………………………………
… (2.6)

Dengan :
E = modulus elastisitas (N/m2)
σ= tegangan (N/m2 atau MPa)
ε= regangan

(Prasetyo, 2010)

Universitas Sumatera Utara

2.5.2 Pengujian Kekutan Lentur (Ultimate Flexural Strenght )

Pengujian kekuatan lentur dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan
komposit terhadap pembebanan pada tiga titik lentur.Di samping itu pengujian ini
juga dimaksudkan untuk mengetahui keelastisan suatu bahan.Pada pengujian ini
terhadap sampel uji diberikan pembebanan yang arahnya tegak lurus terhadap
arah penguatan serat. Pembebanan yang diberikan yaitu pembebanan dengan tiga
titik lentur, dengan titik-titik sebagai bahan penahan berjarak 90 mm dan titik
pembebanan diletakkan pada pertengahan panjang sampel.Pembebanan tersebut
dapat digambarkan sebagai berikut:
P
h

b

L

Gambar 2.6 : Pengujian Kuat Lentur (flexural strength test)
Persamaan berikut digunakan untuk memperoleh nilai kekuatanlentur adalah :

…………………………………….

(2.7)

Dengan: :
UFS = kekutan lentur (N/m2)
P= gaya penekan (N)
L= jarak dua penumpu (m)
b = lebar sampel (m)
h

= tebal sampel uji (m)

(Prasetyo, 2010)

2.5.3 Pengujian Impak (Impact Test)

Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat
diserap suatu material sampai material tersebut patah.Pengujian impak ini

Universitas Sumatera Utara

merupakan respon terhadap beban yang tiba – tiba yang bertujuan mengetahui
ketangguhan suatu bahan terhadap pembebanan dinamis, sehingga dapat diketahui
apakah suatu bahan yang diuji rapuh atau kuat.
Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum
beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji
sehingga benda uji mengalami deformasi. Semakin banyak energi yang terserap
maka akan semakin besar kekuatan impak dari suatu beban. Pengujian Impak
dapat
digambarkan
sebagai
berikut:
Nilai kekuatan Impak dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Is =

……………………………………. (2.8)

Dengan :
Is = Kekuatan Impak (J/mm2)
Es= Energi serap (J)
A = Luas permukaan (mm2)
( Zainuri, 2010)

Universitas Sumatera Utara