Pengembanganmodel Dan Analisa Respon Parking Bumper Dari Bahan Polymeric Foam Diperkuat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (Tkks) Terhadap Beban Impak Jatuh Bebas Chapter II
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Bahan Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih
yang berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal.
Komposit berasal dari kata kerja “to compose“ yang berarti menyusun atau
menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari
dua atau lebih bahan yang berlainan. Kata komposit dalam pengertian bahan
komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung
atau dicampur[4].
Pada umumnya bentuk dasar 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-sifat unsur
bahan penyusunnya. komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrik) dan
suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan
kekuatan dan kekakuan matrik[5]. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat
(fibre). Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang
untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen
penyusunnya. Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat
yang lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan
ketahanan aus.
Komposit adalah bahan hibrida yang terbuat dari resin polimer diperkuat
dengan serat, menggabungkan sifat-sifat mekanik dan fisik.
Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:
1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang
peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya
2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran
tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan faktor
penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit secara
keseluruhan.
6
Universitas Sumatera Utara
3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau
kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya
maupun bentuknya[5].
Secara umum material komposit tersusun dari dua komponen utama yaitu
matrik (bahan pengikat) dan filler (bahan pengisi). Filler adalah bahan pengisi
yang digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya berupa serat atau serbuk.
Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur
komposit.
2.2. Parking Bumper
Parking bumper adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda
kenderaan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi
perparkiran gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket dan lainlain. Parking bumper ini berfungsi untuk menciptakan keteraturan perparkiran
pada area parkir kenderaan roda empat dan juga sebagai penuntun serta pengaman
kenderaan pada saat parkir, seperti diperlihatkan pada gambar 2.1.
Parking
Bumper
Gambar 2.1. Lokasi perparkiran pada salah satu pusat perbelanjaan
Penggunaan parking bumper bertujuan untuk menghindari terjadinya
senggolan saat kenderaan diparkir sehingga senggolan dilokasi parkir dapat
dikurangi, menciptakan keteraturan lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan
7
Universitas Sumatera Utara
merasa nyaman ketika meninggalkan kenderaan tersebut diperparkiran, sebuah
kenderaan dalam posisi parkir seperti terlihat pada gambar 2.2.
a
b
Gambar 2.2. Posisi Parking Bumper. (a) Parking bumper ketika mengenai ban
kendaraan, (b) Susunan Parking bumper diparkiran
2.3. Material Komposit Polymeric Foam
2.3.1.Polyester Resin Tak Jenuh
Polyester resin tak jenuh 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.
Polyester resin tak jenuh 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 [5]. 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 rak sasa atom-atom karbon yang saling
8
Universitas Sumatera Utara
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 2.1.
Tabel 2.1.Karakteristik mekanik polister resin tak jenuh [5].
Sifat Mekanik
Satuan
Besaran
Berat Jenis ( )
Kg/mm3
1,215 x 10-6
Modulus Elastisitas (E)
MPa
2.941
Kekuatan Tarik
MPa
54
Elongasi
%
1,6
Densitas
Mpa
5,5
Pada umumnya material ini digunakan dalam proses penuangan, perbaikan
badan kendaraan bermotor, pengisi kayu, dan sebagai material perekat. Material
ini memiliki sifat perekat dan aus yang baik, dan dapat digunakan untuk
memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa jenis material yang
berbeda.Material ini memiliki umur pakai yang panjang, kestabilan ketahanan
terhadap sinar UV, dan daya tahan yang baik terhadap air. Tetapi material ini
tidak diproduksi dalam jenis yang sama, karena untuk keperluan tertentu material
ini akan memiliki formulasi yang berbeda.
Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak dalam bentuk komposit,
dimana kehadiran material-material penguat, seperti serat kaca, karbon, dan lainlain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut. Sementara ketika dalam
keadaan tunggal, maka material ini akan bersifat kaku dan rapuh.
Polyester adalah resin thermoset yang berbentuk cair dengan viskositas yang
relatif rendah, dengan penambahan katalis, polyester mengeras pada suhu kamar.
Resin polyester banyak mengandung monomer stiren sehingga suhu deformasi
9
Universitas Sumatera Utara
termal lebih rendah dari pada resin thermoset lainnya dan ketahanan panas jangka
panjang adalah kira-kira 110oC – 140oC. Ketahanan dingin resin ini relatif baik.
Pada umumnya polyester tahan terhadap asam kecuali asam pengoksida,
tetapi lemah terhadap alkali. Bila dimasukkan ke dalam air mendidih dalam waktu
yang lama (300 jam), bahan akan pecah dan retak-retak. Bahan ini mudah
mengembang dalam pelarut, yang melarutkan polimer stiren. Kemampuan
terhadap cuaca sangat baik. Tahan terhadap kelembaban dan sinar UV bila
dibiarkan di luar, tetapi sifat tembus cahaya rusak dalam beberapa tahun. Bahan
ini dapat digunakan secara luas sebagai bahan komposit. Polyester yang
digunakan dalam penelitian ini adalah polyester tak jenuh seri Yucalac
157®BQTN-EX dengan spesifikasi seperti ditampilkan dalam Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin seri Yucalac 157[7].
Sifat
Satuan
Nilai
Catatan
Berat Jenis
Kg
1,215
-
Kekerasan
-
40
-
Suhu distorsi
0
70
-
Penyerapan air
%
0,188
24 jam
Suhu Ruangan
%
0,466
7 hari
Kekuatan Tarik
MPa
9,4
-
Modulus elastisitas
Gpa
0,3
-
Density
MPa
5,5
-
Elongasi
%
2.1
-
C
Pada desain struktur dilakukan dengan cara pemilihan matriks dan penguat,
hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk
yang akan dihasilkan. Dalam desain struktur ini jenis matriks yang akan
digunakan adalah Polyester resin tak jenuh dan penguat serat tandan kosong
kelapa sawit. Matriks ini tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat
dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian
tekanan ketika proses pembentukannya [7]. Struktur material yang dihasilkan
berbentuk crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis
10
Universitas Sumatera Utara
pembebanan statik dan impak. Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang
dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang
saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya
menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan.
Umumnya material ini digunakan dalam proses pembentukan dengan cara
penuangan antara lain perbaikan body kenderaan bermotor, pengisi kayu dan
sebagai material perekat. Material ini memiliki sifat perekat dan aus yang baik,
dan dapat digunakan untuk memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa
jenis material yang berbeda. Material ini memiliki umur pakai yang panjang,
kestabilan terhadap sinar ultraviolet (UV), dan daya tahan yang baik terhadap
serapan air. Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak kedalam bentuk
komposit, dimana material-material penguat, seperti serat kaca, karbon dan lainlain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut sementara ketika dalam
keadaan tunggal material ini bersifat rapuh dan kaku.
2.3.2 Blowing Agent
Blowing Agent adalah material yang digunakan untuk menghasilkan struktur
berongga pada komposit yang dibentuk. Blowing agent ini biasanya dipakai ketika
bahan dalam keadaan belum mengering atau belum terjadinya proses polimerisasi.
Keuntungan dari penggunaan blowing agent ini yaitu struktur selular dalam
matriks mengurangi densitas, meningkatkan isolasi termal dan akustik, sekaligus
meningkatkan kekakuan relatif dari polimer aslinya.
Blowing agent (juga dikenal sebagai 'pneumatogens') atau untuk membuat
lubang atau rongga-rongga dalam matriks, telah diklasifikasikan sebagai berikut:
blowing agent fisik misalnya CFC (namun bahan ini merusak ozon, dilarang oleh
Protokol Montreal sejak 1987), HCFC (pengganti CFC, namun masih merusak
ozon, sehingga masih dilarang), hidrokarbon (misalnya pentana , isopentana ,
siklopentana), CO2 cair. Proses polimerisasi gelembung/busa pada blowing agent
adalah reversibel dan endotermik, yaitu perlu panas lingkungan. Namun pada
pendinginan blowing agent akan mengembun, yaitu proses reversibel[8].
11
Universitas Sumatera Utara
Kimia blowing agent misalnya isosianat dan air, hydrazine dan nitrogen sebagai
bahan dasar (untuk termoplastik elastomer dan busa), natrium bikarbonat (baking
powder digunakan dalam busa termoplastik). Blowing agent terbentuk dengan
reaksi kimia yaitu proses atau polimerisasi bereaksi panas eksotermik. Karena
reaksi blowing terjadi membentuk senyawa dengan berat molekul rendah,
tambahan panas eksotermik juga dibutuhkan. Bubuk hidrida titanium digunakan
sebagai busa dalam produksi metal foam, seperti terurai untuk membentuk
titanium dan hidrogen gas pada suhu yang tinggi. Zirkonium hydride digunakan
untuk tujuan yang sama. Setelah membentuk senyawa dengan berat molekul
rendah tidak akan pernah kembali ke blowing agent asli yaitu reaksi tidak dapat
diubah. Penggunaan karbon dioksida cair (CO2) sebagai blowing agent pembantu
di busa polyurethane adalah ide yang baik dan diterima dengan baik. Penanganan
cairan ini, yang merupakan gas pada suhu kamar, selalu menjadi salah satu
masalah utamanya. Telah dikembangkan suatu proses baru untuk pembuatan busa
slabstock fleksibel tanpa menggunakan CFC itu. Proses baru yang revolusioner
yang disebut cardio(dari karbon dioksida), telah mampu untuk sepenuhnya
menghilangkan penggunaan CFC dan senyawa organik volatil (VOC) dari
produksi slabstock busa fleksibel. Hal ini telah dilakukan tanpa mengorbankan
sifat fisik busa itu mekanis. Proses cardio juga secara dramatis mengurangi
kebutuhan ukuran untuk tanaman berbusa, sehingga memungkinkan semua
keuntungan yang berasal dari ruang lantai berkurang dan volume tanaman.
Foamers slabstock fleksibel dapat terus memproduksi nilai yang ada busa dengan
biaya kimia lebih rendah karena perbedaan harga yang signifikan antara CFC,
ABAS, dan karbon dioksida[8].
Jenis blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah
polyurethane. Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan
urethane yaitu -NH-CO-O-. Ada dua reaksi kimia penting pada pembentukan
polyurethane foam, reaksi pertama adalah antara isocyanate dengan polyol
membentuk polyurethane[8]. Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut:
R–NCO + HO–R1
R–NHCOO–R1 + 24 kcal/mole
Isocyanate alkohol
Urethane
12
Universitas Sumatera Utara
Pada awal campuran, polyisocyanate dan polyol bereaksi sangat lambat.
Setelah reaktan sedikit terkonversi, laju reaksi mulai meningkat karena hasil
reaksi mempercepat pembentukan polyurethane (auto catalysis). Agar pembuatan
polyurethane terjadi cepat maka perlu digunakan katalis. Katalis yang dapat
mempercepat reaksi pembentukan polyurethane adalah katalis basa dan katalis
logam. Mekanisme antara katalis logam dan basa yang berbeda memungkinkan
penggunaan kedua jenis katalis secara simultan dan sinergis. Katalis basa
mengandung gugus amine berfungsi untuk mempercepat reaksi isocyanate, baik
terhadap polyol maupun air. Sedangkan katalis logam dapat mempercepat reaksi
isocyanate dengan polyol. Surfaktan digunakan untuk mencampurkan komponenkomponen yang tidak saling larut, mengurangi tegangan permukaan pada fase
fluida, dan menstabilkan ekspansi bubble dan menghasilkan struktur sel (sel
terbuka atau sel tertutup)[8].
Reaksi kedua adalah reaksi antara air dan isocyanate menghasilkan
polyurethan dan gas CO2 sebagai chemical blowing agent.polyurethane dibentuk
oleh reaksi senyawa isosianat yang bereaksi dengan senyawa yang memiliki
hydrogen aktif seperti diol (polyol), yang mengandung group hydroksil dengan
pemercepat katalis. Unsur nitrogen yang bermuatan pada kelompok alkohol
(polyol) akan membentuk ikatan urethane antara dua unit monomer dan
menghasilkan dimerurethane. Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan
gas carbon dioksida (CO2). Gas ini yang kemudian akan membentuk busa pada
material polimer yang terbentuk [9].
Salah satu faktor yang penting dalam pembuatan polyurethane adalah reaksi
oleh isocyanate. Isocyanate sangat reaktif terhadap suatu nukleofil, hal ini
disebabkan oleh posisi atom C pada isocyanate berada di antara dua elemen
elektronegatif, yaitu oksigen dan nitrogen. Pada kondisi ini, atom karbon menjadi
kekurangan elektron sehingga ketika bertemu dengan atom yang kaya elektron
(nukleofil), dengan cepat akan membentuk suatu ikatan. Dengan kata lain, atom C
adalah electron acceptor dan sebagai electron donor adalah atom oksigen dari
polyol, ikatan kedua atom tersebut kemudian menghasilkan polyurethane[9].
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3. Mekanisme transfer elektron pada reaksi isocyanat dan polyol
untuk membentuk polyurethane.
Material yang terbentuk dari campuran blowing agent dan polimer disebut
dengan material Polymeric foam. Material Polymeric foam banyak ditemukan
sebagai busa kaku dan fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat
material.
Berdasarkan sifat mekaniknya material ini memiliki 4 (empat) sifat penting di
antaranya:
1. Sifat Elastik
Sifat ini berhubungan dengan sifat kekakuan material yang terdiri dari
geometri, bentuk dan mikrostrukturnya.
2. Sifat Viskoelastik
Sifat peredaman solid material, sifat ini merupakan efek dari bentuk
geometri material tersebut.
14
Universitas Sumatera Utara
3. Sifat Akustik.
Sifat ini berhubungan dengan sifat media yang dilewati oleh perambatan
suara akibat bentuk struktur yang berongga akan memudahkan gelombang udara
masuk kedalam material dan terserap atau terperangkap sebagian besar kedalam
struktur tersebut. Dengan demikian suara yang keluar dan atau dipantulkan oleh
material Polymeric foam akan mengalami pelemahan.
4. Sifat Viskoakustik.
Sifat ini berhubungan dengan peredaman fluida yang dihubungkan dengan
geometri, bentuk mikrostrukturnya yang sama dengan sifat elastiknya.
2.3.2.1 Polyol / Polypropilene Glicol PPG
Salah satu komponen penting dalam pembuatan polyurethane adalah polyol.
Polyol dapat bereaksi dengan polyisocyanate untuk membuat polyurethane.
Polyol yang mengandung dua gugus hidroksil disebut diol dan yang mengandung
tiga gugus hidroksil disebut triol, dll. Secara umum, jenis polyol yang digunakan
dalam pembuatan polyurethane terbagi menjadi dua yaitu polyol yang terbuat dari
produk alami dan polyol yang dibuat secara sintetis. Sebagai polyol alami, castor
oil banyak digunakan karena mengandung tiga grup hidroksil yang akan
menghasilkan cross-linked polymers. Sedangkan polyol yang dibuat secara sintetis
terbagi menjadi dua yaitu polyester polyol dan polyether polyol. Sekitar 90%
polyol yang digunakan untuk membuat polyurethane adalah berjenis polyether
yang diapit gugus-gugus hidroksil. Polyester polyol biasanya lebih mahal daripada
jenis polyether polyol. Polyether polyol dan polyester polyol hanya terlarut
sebagian (partially miscible) satu dan lainnya. Secara thermal, polyether polyol
lebih tidak stabil dan lebih mudah teroksidasi daripada polyester polyol, namun
polyether polyol lebih stabil untuk reaksi saponifikasi[8].
Saat ini pembuatan polyol yang digunakan untuk membuat polyurethane
telah dikembangkan agar mempunyai tingkat reaktifitas yang tinggi saat bereaksi
dengan isocyanate untuk memproduksi polyurethane dengan sifat khusus. Saat ini
juga ditemukan penggunaan polyol triol dalam pembuatan polyurethane yaitu
polypropylene glycol (PPG) three function, lycerol, dll. Penggunaan polyol triol
15
Universitas Sumatera Utara
ini mulai dikembangkan karena apabila monomer yang digunakan untuk
polimerisasi mempunyai lebih dari dua gugus fungsi, akan menciptakan
crosslinking dalam jaringan polimernya sehingga akan dihasilkan polyurethane
dengan sifat khusus[9].Rumus bangun PolyPpropylene Glycol Triol dapat dilihat
pada gambar 2.4 berikut
Gambar 2.4. Rumus bangun PolyPpropylene Glycol Triol
Pemilihan polyol terutama dilihat dari ukuran dan fleksibilitas dari struktur
molekularnya, serta kontrol fungsionalitasnya untuk perluasan, derajat crosslinking dicapai dalam polimer yang terbentuk dari reaksi dengan polyisocyanate.
Derajat
cross-linking
cukup
dominan
dalam
mempengaruhi
kekakuan
polyurethane foam yang dihasilkan. Untuk memperoleh foam yang rigid, jaringan
polimer haruslah tegas atau kaku. Oleh karena itu, dalam hal ini derajat crosslink
tinggi yang dibutuhkan.
2.3.2.2 Isocyanate
Properti polyurethane foam yang dihasilkan, juga sangat berpengaruh dari
jenis isocyanate yang digunakan. Jenis isocyanate yang banyak digunakan adalah
aromatic dan aliphatic. Beberapa contoh isocyanate yang banyak digunakan
dalam pembuatan polyurethane foam adalah toluene diisocyanate (TDI) dan
diisocyanate diphenylmethane (MDI). Toluene diisocyanate adalah salah satu
jenis isocyanate yang paling sering digunakan. TDI terdiri dari campuran dari 2,4
– dan 2,6-toluene diisocyanate isomer. Produk yang paling sering digunakan
adalah TDI-80 yang terdiri dari 80% dari 2,4-isomer dan 20% dari 2,6-isomer.
Biasanya TDI digunakan dalam memproduksi low density foam[9].Struktur TDI
itu sendiri dapat dilihat pada gambar 2.5.
16
Universitas Sumatera Utara
a
b
Gambar 2.5. TDI chemical srtuktur, (a) toluena-2, 4-diisocyanate,
(b) toluena-2, 6-diisocyanate
Beberapa TDI yang digunakan di Indonesia:
1. Lupranate T80
2. Desmodur T 80
3.ORINATE-80
2.3.3 Katalis MEKPO
Katalis merupakan material kimia yang digunakan untuk mempercepat
proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan
atmosfir. Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan
gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau
terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan
gelembung.
2.4 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Untuk penguat komposit digunakan serat tandan kosong kelapa sawit yang
akan dicampurkan kedalam matriks. Tiap kandungan serat tandan kosong kelapa
sawit secara fisik mengandung bahan–bahan serat seperti lignin (16,19%),
selulosa (44,14%) dan hemi selulosa (19,28%) yang mirip dengan bahan kimia
penyusun kayu [10]. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh sebuah institusi
komersial terhadap komposisi bahan kimianya diketahui bahwa kandungan bahan
serat tandan kosong kelapa sawit merupaka n kandungan terbesar seperti terlihat
17
Universitas Sumatera Utara
pada tabel 2.3. Berdasarkan data (tabel 2.3.) maka terlihat bahwa kandungan yang
sangat dominan adalah serat, sehingga akan mampu memberikan sifat mekanik
yang cukup baik terhadap material komposit yang akan dibentuk.
Tabel 2.3. Parameter tipikal tandan kosong kelapa sawit per kg [14]
No
Bahan – Bahan Kandungan
1.
Uap air
5.40
2.
Protein
3.00
3.
Serat
35.00
4.
Minyak
3.00
5.
Kelarutan air
16.20
6.
Kelarutan unsur alkali 1 %
29.30
7.
Kotoran
5.00
8.
K
1.71
9.
Ca
0.14
10.
Mg
0.12
11.
P
0.06
12.
Mn,Zn,Cu,Fe
1.07
TOTAL
Komposisi ( % )
100,00
Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari tandan kosong
kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam lemak yang sangat
tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik material yang dibentuk [10].
Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit umumnya
memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan
bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose 44,14% dan
hemiselulose 19,28%. Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong
kelapa sawit terlebih dahulu direndam kedalam larutan NaOH 0,4% selama sehari,
kemudian dicuci dengan air bersih, dan dikeringkan pada suhu kamar selama
kurang lebih 3 hari[11]. Gambar 2.6 merupakan serat hasil pencacahan tandan
kosong kelapa sawit yang telah dihaluskan.
18
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6. Serat TKKS setelah dihaluskan
Serat tandan kosong kelapa sawit memiliki kekuatan tensile strength yang
rendah, sedangkan tensile modulus agak conservative di antara serat alam lainnya
seperti terlihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Perbandingan tensile strength dan tensile modulus serat alam [12]
Natural Fiber Name
Serat bambu
Ave. Tensile Strength
Ave.Tensile Modulus
(MPa)
(GPa)
25 – 35
(EFB) ∅ = 0.44 mm
253
16
Sabuk kelapa
220
6
Benang
430 – 530
10 – 30
Rami
550 – 900
70
2.5. Beton
Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan
membuat suatu campuran yaitu semen, pasir, kerikil dan air untuk membuat
campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi
struktur yang diinginkan. Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat yang halus
19
Universitas Sumatera Utara
dan kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat partikel-partikel
agregat tersebut menjadi suatu massa padat [13].
Pada umumnya beton terdiri dari ± 15 % semen, ± 8 % air, ± 3 % udara,
selebihnya pasir dan kerikil. Campuran tersebut setelah mengeras mempunyai sifat
yang berbeda-beda, tergantung pada cara pembuatannya. Perbandingan campuran,
cara pencampuran, cara mengangkut, cara mencetak, cara memadatkan, dan
sebagainya akan mempengaruhi sifat-sifat beton [13].
Sifat beton meliputi: mudah diaduk, disalurkan, dicor, didapatkan dan
diselesaikan, tanpa menimbulkan pemisahan bahan susunan pada adukan dan mutu
beton yang disyaratkan oleh konstruksi tetap dipenuhi [13].
Material beton mempunyai beberapa keunggulan teknis jika dibanding
dengan material konstruksi lainnya. Bahan baku pembuatan beton, seperti semen,
pasir dan koral atau batu pecah, sangat mudah diperoleh. Keunggulan lain yang
dimiliki beton dibandingkan dengan material lainnya adalah mempunyai kuat
tekan dan stabilitas volume yang baik dan biaya perawatannya relatif lebih murah.
Selain itu, material beton lebih tahan terhadap pengaruh lingkungan, tidak mudah
terbakar, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi, sehingga banyak digunakan
sebagai pelindung struktur baja terhadap pengaruh kebakaran pada bangunan
gedung [14].
Sifat dan karakter mekanik beton secara umum:
1. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength), tetapi
tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength). Bahkan kekuatan gaya
tarik beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya tekannya.
2. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena
elastisitasnya yang rendah.
3. Konduktivitas termal beton relatif rendah.
Dalam keadaan yang mengeras, beton bagaikan batu karang dengan
kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat diberi bermacam bentuk,
sehingga dapat digunakan untuk membent k seni arsitektur atau semata-mata
20
Universitas Sumatera Utara
untuk tujuan dekoratif. Beton juga akan memberikan hasil akhir yang bagus jika
pengolahan akhir dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose
agregatnya (agregat yang mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi
diletakkan di bagian luar, sehingga nampak jelas pada permukaan betonnya).
Faktor–faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki
keunggulan–keunggulannya antara lain:
1. Kemudahan pengolahannya.
2. Material yang mudah didapat.
3. Kekuatan tekan tinggi.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari
kelebihannya.
Selain memiliki kunggulan-keunggulan seperti disebutkan di atas, beton
juga memiliki kekurangan seperti berikut:
1. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah
2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi
3. Berat (bobotnya besar)
4. Daya pantul suara yang besar.
Sebagian besar bahan pembuat beton adalah bahan lokal (kecuali semen
portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara
ekomoni. Namun pembuatan beton akan menjadi mahal jika perencana tidak
memahami karakteristik bahan-bahan penyusun beton yang harus disesuaikan
dengan perilaku struktur yang akan dibuat [14].
2.5.1. Adukan Beton
Beton yang berasal dari pengadukan bahan-bahan penyusun agregat kasar
dan agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air
sebagai bahan perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar
dapat dicapai mutu beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton
dilakukan menggunakan mesin pengaduk kecuali jika hanya untuk mendapatkan
beton mutu rendah pengadukan dapat dilakukan tanpa menggunakan mesin
pengaduk. Kekentalan adukan beton harus diawasi dan dikendalikan dengan cara
memeriksa kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru.
21
Universitas Sumatera Utara
Nilai slump digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air
dalam hubungannya dengan faktor air semen yang ingin dicapai. Waktu
pengadukan lamanya tergantung pada kapasitas isi mesin pengaduk, jumlah
adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump beton, pada
umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak pengadukan, dan hasil
umumnya menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai dengan tingkat mutu
beton yang dihasilkan memberikan:
1. Keenceran dan kekentalan adukan yang mmungkinkan pengerjaan beton
(penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan tanpa
menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan agregat.
2. Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan lainlain)
3. Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai [14].
2.6. Teknik Pembuatan Material Komposit
Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan
suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi
lembut atau melebur [15]. Proses pencampuran ini dilakukan pada saat matriks
dalam keadaan cair.
Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan cara melekatkan
atau menyentuhkan material-material penyusun pada cetakan terbuka dan dengan
perlahan-lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau dengan
pemberian tekanan dari luar. metode ini cocok untuk jenis serat kontinyu,
2. Metode pemampatan atau tekanan.
Pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini
menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada material bakunya
yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini umumnya berupa injeksi,
22
Universitas Sumatera Utara
mampatan atau semprotan. Material yang cocok untuk jenis ini adalah penguat
partikel.
3. Metode pemberian tekanan dan panas.
Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan, dimana
metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas awal yang bertujuan
untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagian-bagian yang sulit
terjangkau atau ukuran yang sangat kecil [16].
2.7. Karakteristik Mekanik Material
Untuk menentukan karakteristik mekanik suatu material yaitu dengan
menguji material itu. Banyak cara pengujian yang bisa dilakukan untuk
mengetahui karakteristik material.
2.7.1. Pengujian Dinamik
Pengujian dinamik dilakukan untuk mendapatkan respon secara dinamik
material, dan pengujian ini dilakukan dengan pengujian impak jatuh bebas.
2.7.1.1. Benda Jatuh Bebas
Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan
dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan dengan
harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda
bertambah dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas
kecepatannaya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan
ke atasnya seragam. Waktu dan kecepatan akan berbanding lurus dikarena tidak
adanya gerak berubah beraturan ataupun berubah-ubah.
Untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik diperoleh harga
pendekatan seperti terlihat pada tabel 2.5[17].
Tabel 2.5. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh
Waktu t
(s)
Kecepatan
V (m/s)
0
1
2
3
4
5
0
9,8
19,6
29,4
39,2
49
23
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7. Grafik hubungan v – t
Grafik v-t seperti ditunjukkan pada gambar 2.7. yang merupakan sebuah
garis lurus sehingga percepatan seragam.
=
= 9,8
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung
dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan
diganti dengan percepatan gravitasi (g) yaitu:
1. Untuk gerakan ke bawah a = + g
2. Untuk gerakan keatas a = - g
percepatan gravitasi (g) dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah
tegak ke bawah menuju ke pusat bumi [17].
2.7.1.2. Gerak Lurus
Perpindahan adalah perubahan kedudukan. Hal ini merupakan besaran
vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan
terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah, dan
waktu.
Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan
konstan pada lintasan lurus atau memiliki partikel yang melintasi perpindahan
yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa
24
Universitas Sumatera Utara
kecilnya selang waktu. Percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami
perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut
tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan perpindahan diukur dalam
meter (m), kecepata diukur dalam meter per detik ( ⁄ ), percepatan diukur dalam
meter per detik kuadrat (
), persamaan gerakan lurus percepatan seragam.
Kecepatan
Penjelasannya dapat dilihat pada gambar 2.8
∆
∆
Waktu
Gambar 2.8. Diagram Kecepatan – waktu
Definisi perpindahan adalah perubahan kedudukan, hal ini merupakan
besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan
kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup
jarak, arah dan waktu. Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak
dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi
perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama secara berturut-turut tanpa
peduli berapa selisih selang waktu tersebut. Sedangkan percepatan seragam
dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang
waktu yang sama secara berturut-turut tanpa peduli berapa selisih selang waktu
tersebut, seperti ditunjukkan pada persamaan (2.1).
( V0 + V ) =
S=
( V0 + V )t
............................................ (2.1)
........................................... (2.2)
25
Universitas Sumatera Utara
Dimana V0 adalah kecepatan awal, V kecepatan akhir, t waktu dan s
perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu. Maka persamaan (2.3).
perbandingan antara kecepatan dan waktu.
= a .....................................................(2.3)
+
t .........................................(2.4)
v = v0 t +
a t 2 ......................................(2.5)
V
= V0
v2 = v0 + 2 as ...........................................(2.6)
Dari persamaan (2.3), bila V0 = 0, Maka untuk v diperoleh seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.7).
= √ 2as
.............................................(2.7)
Bila a = g, dan s = H,
Maka :
= 2gh ..............................................(2.8)
Maka persamaan (2.5) adalah percepatan benda jatuh bebas tergantung pada
jarak atau tinggi benda jatuh dari pusat bumi, ketika sebuah benda padat jatuh
dengan kecapatan sedang, dapat dianggap benda mengalami percepatan gravitasi
seragam, untuk pengertian umum para ilmuan mengambil harga percepatan
gravitiasi g = 9,81 m/s2 [17]. Sesuai dengan persamaan 2.8 maka didapat nilai
jarak yang digunakan untuk pengujian impak jatuh bebas dengan asumsi
kecepatan mobil mundur 10
=
h=
= 2,7 7 ⁄
yaitu sebagai berikut:
2gh
26
Universitas Sumatera Utara
h
=
( ,
)
( ,
)
h = 0,39 m
maka jarak diambil untuk pengujian impak jatuh bebas yaitu 0,39 m dan
dikarenakan jarak pada pengujian berinterval 0,5 m maka diambil jarak 0,5 m
untuk pengujian dan 1 m untuk pengujian variasi gaya maksimum.
2.7.1.3. Gerakan di Bawah Pengaruh Gravitasi
Sebuah benda tidak dapat jatuh bebas kecuali di dalam ruang hampa
sempurna ketika jatuh melintasi sebuah benda mengalami tahanan udara yang
tergantung pada ukuran, bentuk dan kecepatan benda jatuh. Percepatan sebuah
benda jatuh bebas tergantung pada jarak ketinggian benda kerja dari pusat bumi.
Bagaimana, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan kecepatan sedang,
boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam. Seperti yang telah
dijelaskan diatas, secara umum para ilmuwan mengambil harga percepatan
gravitasi g = 9,81
.
2.7.1.4. Momentum
Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan
dengan hasil kali massa benda dengan kecepatan benda[18].
Momentum = massa×kecepatan
M = m v (kg
⁄ )......................................................(2.9)
Dimana M = momentum (kg
⁄ )
m = massa (kg)
v = Kecepatan benda bergerak ( ⁄ )
2.7.1.5. Impuls
Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu
yang diperlukan gaya bekerja, dituliskan dengan rumus[18]:
I = F t .....................................................................(2.10)
Karena gaya = laju perubahan momentum terhadap waktu = perubahan
momentum dibagi dengan selang waktu yang diperlukan, atau dengan rumus:
27
Universitas Sumatera Utara
F =
.......................................................................(2.11)
Maka impuls = perubahan momentum
I = Ft=
(kg
⁄ )
Di mana: m = massa (kg)
V = kecepatan benda bergerak ( ⁄ )
2.7.1.6. Energi
Energi didefinisikan sebagai kesanggupan untuk melakukan kerja. Prinsip
kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau
dirusakkan (dimusnahkan). Dalam hal ini terdapat dua bentuk energi mekanik,
yaitu[19]:
1. Energi potensial (Ep), yaitu energi yang dapat dimiliki benda
berdasarkan kedudukan benda. Benda mempunyai energi berdasarkan
massa dan posisi (tinggi) benda. Besarnya dapat ditentukan dengan
rumus:
Ep = m g h.............................................................(2.12)
Dimana: Ep = energi potensial (joule)
m = massa benda (kg)
g = gaya gravitasi (
)
h = kedudukan/ketinggian benda (m)
2. Energi kinetik (Ek), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan
gerakan benda. Adanya pergerakan benda dari kecepatan awal v0 ke
kecepatan perubah v1. Besaranya dapat ditentukan dengan rumus:
Ek = m v2..............................................................(2.13)
Di mana : Ek = energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda jatuh ( ⁄ )
2.7.1.7. Tegangan
Hasil output yang dihasilkan alat pengujian impak jatuh bebas yaitu gaya
dalam force maka dapat diubah menjadi tegangan yang terjadi dengan
membaginya dengan luas penampang yang terkena testrik. Dapat dilihat pada
persamaan berikut:
28
Universitas Sumatera Utara
= ......................................................................(2.14)
Di mana :
= N)
= Tegangan (kg
F = Gaya (kg
)
A = Luas penampang (m2)
2.7.1.8. Pengukuran Gaya Impak
Kemampuan suatu benda dalam menyerap energi impak diketahui dengan
melakukan pengujian impak. Biasanya yang dilakukan dalam dua jenis metode
yaitu metode Charpy dan metode Izod. Pengujian ini hanya untuk melihat
permukaan dari patahan spesimen yang telah di uji apakah itu getas atau ulet[17].
Selain itu terdapat juga pengujian yang menggunakan kompressor yaitu Air Gun
Compressor yang terdapat di Laboratorium Impact and Fracture Unit 1 FT USU
yang mampu meluncurkan striker dengan kecepatan yang bervariasi dan mencapai
lebih kurang 50
⁄ . Peralatan ini dapat memberikan gambaran terhadap
kenyataan dilapangan dimana benda jatuh dari ketinggian tertentu dengan
kecepatan tinggi.
Akan tetapi pada penelitian ini digunakan pengujian Impak Jatuh Bebas
dengan variasi ketinggian dan pengukuran besar gaya impak digunakan peralatan
load cell yang dirancang dalam bentuk unit portabel. Alat ini mampu mengukur
langsung besar gaya ketika sebuah benda yang mempunyai bobot dan ketinggian
tertentu jatuh dan menimpa atau menyentuh alat sensor. Besarnya gaya impak
terbaca langsung pada sebuah alat perekam data sinyal dengan angka digital lalu
ditampilkan pada destop. Kemampuan pengukuran besar gaya impak alat ini
hanya pada batas 30 kN. Gambar serta cara kerja dijelaskan pada Bab 3.
29
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Bahan Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih
yang berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal.
Komposit berasal dari kata kerja “to compose“ yang berarti menyusun atau
menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari
dua atau lebih bahan yang berlainan. Kata komposit dalam pengertian bahan
komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung
atau dicampur[4].
Pada umumnya bentuk dasar 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-sifat unsur
bahan penyusunnya. komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrik) dan
suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan
kekuatan dan kekakuan matrik[5]. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat
(fibre). Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipe material dan dirancang
untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen
penyusunnya. Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat
yang lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan
ketahanan aus.
Komposit adalah bahan hibrida yang terbuat dari resin polimer diperkuat
dengan serat, menggabungkan sifat-sifat mekanik dan fisik.
Ada tiga faktor yang menentukan sifat-sifat dari material komposit, yaitu:
1. Material pembentuk. Sifat-sifat intrinsik material pembentuk memegang
peranan yang sangat penting terhadap pengaruh sifat kompositnya
2. Susunan struktural komponen. Dimana bentuk serta orientasi dan ukuran
tiap-tiap komponen penyusun struktur dan distribusinya merupakan faktor
penting yang memberi kontribusi dalam penampilan komposit secara
keseluruhan.
6
Universitas Sumatera Utara
3. Interaksi antar komponen. Karena komposit merupakan campuran atau
kombinasi komponen-komponen yang berbeda baik dalam hal bahannya
maupun bentuknya[5].
Secara umum material komposit tersusun dari dua komponen utama yaitu
matrik (bahan pengikat) dan filler (bahan pengisi). Filler adalah bahan pengisi
yang digunakan dalam pembuatan komposit, biasanya berupa serat atau serbuk.
Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat menjadi satu struktur
komposit.
2.2. Parking Bumper
Parking bumper adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda
kenderaan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi
perparkiran gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket dan lainlain. Parking bumper ini berfungsi untuk menciptakan keteraturan perparkiran
pada area parkir kenderaan roda empat dan juga sebagai penuntun serta pengaman
kenderaan pada saat parkir, seperti diperlihatkan pada gambar 2.1.
Parking
Bumper
Gambar 2.1. Lokasi perparkiran pada salah satu pusat perbelanjaan
Penggunaan parking bumper bertujuan untuk menghindari terjadinya
senggolan saat kenderaan diparkir sehingga senggolan dilokasi parkir dapat
dikurangi, menciptakan keteraturan lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan
7
Universitas Sumatera Utara
merasa nyaman ketika meninggalkan kenderaan tersebut diperparkiran, sebuah
kenderaan dalam posisi parkir seperti terlihat pada gambar 2.2.
a
b
Gambar 2.2. Posisi Parking Bumper. (a) Parking bumper ketika mengenai ban
kendaraan, (b) Susunan Parking bumper diparkiran
2.3. Material Komposit Polymeric Foam
2.3.1.Polyester Resin Tak Jenuh
Polyester resin tak jenuh 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.
Polyester resin tak jenuh 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 [5]. 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 rak sasa atom-atom karbon yang saling
8
Universitas Sumatera Utara
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 2.1.
Tabel 2.1.Karakteristik mekanik polister resin tak jenuh [5].
Sifat Mekanik
Satuan
Besaran
Berat Jenis ( )
Kg/mm3
1,215 x 10-6
Modulus Elastisitas (E)
MPa
2.941
Kekuatan Tarik
MPa
54
Elongasi
%
1,6
Densitas
Mpa
5,5
Pada umumnya material ini digunakan dalam proses penuangan, perbaikan
badan kendaraan bermotor, pengisi kayu, dan sebagai material perekat. Material
ini memiliki sifat perekat dan aus yang baik, dan dapat digunakan untuk
memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa jenis material yang
berbeda.Material ini memiliki umur pakai yang panjang, kestabilan ketahanan
terhadap sinar UV, dan daya tahan yang baik terhadap air. Tetapi material ini
tidak diproduksi dalam jenis yang sama, karena untuk keperluan tertentu material
ini akan memiliki formulasi yang berbeda.
Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak dalam bentuk komposit,
dimana kehadiran material-material penguat, seperti serat kaca, karbon, dan lainlain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut. Sementara ketika dalam
keadaan tunggal, maka material ini akan bersifat kaku dan rapuh.
Polyester adalah resin thermoset yang berbentuk cair dengan viskositas yang
relatif rendah, dengan penambahan katalis, polyester mengeras pada suhu kamar.
Resin polyester banyak mengandung monomer stiren sehingga suhu deformasi
9
Universitas Sumatera Utara
termal lebih rendah dari pada resin thermoset lainnya dan ketahanan panas jangka
panjang adalah kira-kira 110oC – 140oC. Ketahanan dingin resin ini relatif baik.
Pada umumnya polyester tahan terhadap asam kecuali asam pengoksida,
tetapi lemah terhadap alkali. Bila dimasukkan ke dalam air mendidih dalam waktu
yang lama (300 jam), bahan akan pecah dan retak-retak. Bahan ini mudah
mengembang dalam pelarut, yang melarutkan polimer stiren. Kemampuan
terhadap cuaca sangat baik. Tahan terhadap kelembaban dan sinar UV bila
dibiarkan di luar, tetapi sifat tembus cahaya rusak dalam beberapa tahun. Bahan
ini dapat digunakan secara luas sebagai bahan komposit. Polyester yang
digunakan dalam penelitian ini adalah polyester tak jenuh seri Yucalac
157®BQTN-EX dengan spesifikasi seperti ditampilkan dalam Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin seri Yucalac 157[7].
Sifat
Satuan
Nilai
Catatan
Berat Jenis
Kg
1,215
-
Kekerasan
-
40
-
Suhu distorsi
0
70
-
Penyerapan air
%
0,188
24 jam
Suhu Ruangan
%
0,466
7 hari
Kekuatan Tarik
MPa
9,4
-
Modulus elastisitas
Gpa
0,3
-
Density
MPa
5,5
-
Elongasi
%
2.1
-
C
Pada desain struktur dilakukan dengan cara pemilihan matriks dan penguat,
hal ini dilakukan untuk memastikan kemampuan material sesuai dengan produk
yang akan dihasilkan. Dalam desain struktur ini jenis matriks yang akan
digunakan adalah Polyester resin tak jenuh dan penguat serat tandan kosong
kelapa sawit. Matriks ini tergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat
dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian
tekanan ketika proses pembentukannya [7]. Struktur material yang dihasilkan
berbentuk crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis
10
Universitas Sumatera Utara
pembebanan statik dan impak. Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang
dimiliki bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang
saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya
menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan.
Umumnya material ini digunakan dalam proses pembentukan dengan cara
penuangan antara lain perbaikan body kenderaan bermotor, pengisi kayu dan
sebagai material perekat. Material ini memiliki sifat perekat dan aus yang baik,
dan dapat digunakan untuk memperbaiki dan mengikat secara bersama beberapa
jenis material yang berbeda. Material ini memiliki umur pakai yang panjang,
kestabilan terhadap sinar ultraviolet (UV), dan daya tahan yang baik terhadap
serapan air. Kekuatan material ini diperoleh ketika dicetak kedalam bentuk
komposit, dimana material-material penguat, seperti serat kaca, karbon dan lainlain, akan meningkatkan sifat mekanik material tersebut sementara ketika dalam
keadaan tunggal material ini bersifat rapuh dan kaku.
2.3.2 Blowing Agent
Blowing Agent adalah material yang digunakan untuk menghasilkan struktur
berongga pada komposit yang dibentuk. Blowing agent ini biasanya dipakai ketika
bahan dalam keadaan belum mengering atau belum terjadinya proses polimerisasi.
Keuntungan dari penggunaan blowing agent ini yaitu struktur selular dalam
matriks mengurangi densitas, meningkatkan isolasi termal dan akustik, sekaligus
meningkatkan kekakuan relatif dari polimer aslinya.
Blowing agent (juga dikenal sebagai 'pneumatogens') atau untuk membuat
lubang atau rongga-rongga dalam matriks, telah diklasifikasikan sebagai berikut:
blowing agent fisik misalnya CFC (namun bahan ini merusak ozon, dilarang oleh
Protokol Montreal sejak 1987), HCFC (pengganti CFC, namun masih merusak
ozon, sehingga masih dilarang), hidrokarbon (misalnya pentana , isopentana ,
siklopentana), CO2 cair. Proses polimerisasi gelembung/busa pada blowing agent
adalah reversibel dan endotermik, yaitu perlu panas lingkungan. Namun pada
pendinginan blowing agent akan mengembun, yaitu proses reversibel[8].
11
Universitas Sumatera Utara
Kimia blowing agent misalnya isosianat dan air, hydrazine dan nitrogen sebagai
bahan dasar (untuk termoplastik elastomer dan busa), natrium bikarbonat (baking
powder digunakan dalam busa termoplastik). Blowing agent terbentuk dengan
reaksi kimia yaitu proses atau polimerisasi bereaksi panas eksotermik. Karena
reaksi blowing terjadi membentuk senyawa dengan berat molekul rendah,
tambahan panas eksotermik juga dibutuhkan. Bubuk hidrida titanium digunakan
sebagai busa dalam produksi metal foam, seperti terurai untuk membentuk
titanium dan hidrogen gas pada suhu yang tinggi. Zirkonium hydride digunakan
untuk tujuan yang sama. Setelah membentuk senyawa dengan berat molekul
rendah tidak akan pernah kembali ke blowing agent asli yaitu reaksi tidak dapat
diubah. Penggunaan karbon dioksida cair (CO2) sebagai blowing agent pembantu
di busa polyurethane adalah ide yang baik dan diterima dengan baik. Penanganan
cairan ini, yang merupakan gas pada suhu kamar, selalu menjadi salah satu
masalah utamanya. Telah dikembangkan suatu proses baru untuk pembuatan busa
slabstock fleksibel tanpa menggunakan CFC itu. Proses baru yang revolusioner
yang disebut cardio(dari karbon dioksida), telah mampu untuk sepenuhnya
menghilangkan penggunaan CFC dan senyawa organik volatil (VOC) dari
produksi slabstock busa fleksibel. Hal ini telah dilakukan tanpa mengorbankan
sifat fisik busa itu mekanis. Proses cardio juga secara dramatis mengurangi
kebutuhan ukuran untuk tanaman berbusa, sehingga memungkinkan semua
keuntungan yang berasal dari ruang lantai berkurang dan volume tanaman.
Foamers slabstock fleksibel dapat terus memproduksi nilai yang ada busa dengan
biaya kimia lebih rendah karena perbedaan harga yang signifikan antara CFC,
ABAS, dan karbon dioksida[8].
Jenis blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah
polyurethane. Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan
urethane yaitu -NH-CO-O-. Ada dua reaksi kimia penting pada pembentukan
polyurethane foam, reaksi pertama adalah antara isocyanate dengan polyol
membentuk polyurethane[8]. Reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut:
R–NCO + HO–R1
R–NHCOO–R1 + 24 kcal/mole
Isocyanate alkohol
Urethane
12
Universitas Sumatera Utara
Pada awal campuran, polyisocyanate dan polyol bereaksi sangat lambat.
Setelah reaktan sedikit terkonversi, laju reaksi mulai meningkat karena hasil
reaksi mempercepat pembentukan polyurethane (auto catalysis). Agar pembuatan
polyurethane terjadi cepat maka perlu digunakan katalis. Katalis yang dapat
mempercepat reaksi pembentukan polyurethane adalah katalis basa dan katalis
logam. Mekanisme antara katalis logam dan basa yang berbeda memungkinkan
penggunaan kedua jenis katalis secara simultan dan sinergis. Katalis basa
mengandung gugus amine berfungsi untuk mempercepat reaksi isocyanate, baik
terhadap polyol maupun air. Sedangkan katalis logam dapat mempercepat reaksi
isocyanate dengan polyol. Surfaktan digunakan untuk mencampurkan komponenkomponen yang tidak saling larut, mengurangi tegangan permukaan pada fase
fluida, dan menstabilkan ekspansi bubble dan menghasilkan struktur sel (sel
terbuka atau sel tertutup)[8].
Reaksi kedua adalah reaksi antara air dan isocyanate menghasilkan
polyurethan dan gas CO2 sebagai chemical blowing agent.polyurethane dibentuk
oleh reaksi senyawa isosianat yang bereaksi dengan senyawa yang memiliki
hydrogen aktif seperti diol (polyol), yang mengandung group hydroksil dengan
pemercepat katalis. Unsur nitrogen yang bermuatan pada kelompok alkohol
(polyol) akan membentuk ikatan urethane antara dua unit monomer dan
menghasilkan dimerurethane. Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan
gas carbon dioksida (CO2). Gas ini yang kemudian akan membentuk busa pada
material polimer yang terbentuk [9].
Salah satu faktor yang penting dalam pembuatan polyurethane adalah reaksi
oleh isocyanate. Isocyanate sangat reaktif terhadap suatu nukleofil, hal ini
disebabkan oleh posisi atom C pada isocyanate berada di antara dua elemen
elektronegatif, yaitu oksigen dan nitrogen. Pada kondisi ini, atom karbon menjadi
kekurangan elektron sehingga ketika bertemu dengan atom yang kaya elektron
(nukleofil), dengan cepat akan membentuk suatu ikatan. Dengan kata lain, atom C
adalah electron acceptor dan sebagai electron donor adalah atom oksigen dari
polyol, ikatan kedua atom tersebut kemudian menghasilkan polyurethane[9].
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3. Mekanisme transfer elektron pada reaksi isocyanat dan polyol
untuk membentuk polyurethane.
Material yang terbentuk dari campuran blowing agent dan polimer disebut
dengan material Polymeric foam. Material Polymeric foam banyak ditemukan
sebagai busa kaku dan fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat
material.
Berdasarkan sifat mekaniknya material ini memiliki 4 (empat) sifat penting di
antaranya:
1. Sifat Elastik
Sifat ini berhubungan dengan sifat kekakuan material yang terdiri dari
geometri, bentuk dan mikrostrukturnya.
2. Sifat Viskoelastik
Sifat peredaman solid material, sifat ini merupakan efek dari bentuk
geometri material tersebut.
14
Universitas Sumatera Utara
3. Sifat Akustik.
Sifat ini berhubungan dengan sifat media yang dilewati oleh perambatan
suara akibat bentuk struktur yang berongga akan memudahkan gelombang udara
masuk kedalam material dan terserap atau terperangkap sebagian besar kedalam
struktur tersebut. Dengan demikian suara yang keluar dan atau dipantulkan oleh
material Polymeric foam akan mengalami pelemahan.
4. Sifat Viskoakustik.
Sifat ini berhubungan dengan peredaman fluida yang dihubungkan dengan
geometri, bentuk mikrostrukturnya yang sama dengan sifat elastiknya.
2.3.2.1 Polyol / Polypropilene Glicol PPG
Salah satu komponen penting dalam pembuatan polyurethane adalah polyol.
Polyol dapat bereaksi dengan polyisocyanate untuk membuat polyurethane.
Polyol yang mengandung dua gugus hidroksil disebut diol dan yang mengandung
tiga gugus hidroksil disebut triol, dll. Secara umum, jenis polyol yang digunakan
dalam pembuatan polyurethane terbagi menjadi dua yaitu polyol yang terbuat dari
produk alami dan polyol yang dibuat secara sintetis. Sebagai polyol alami, castor
oil banyak digunakan karena mengandung tiga grup hidroksil yang akan
menghasilkan cross-linked polymers. Sedangkan polyol yang dibuat secara sintetis
terbagi menjadi dua yaitu polyester polyol dan polyether polyol. Sekitar 90%
polyol yang digunakan untuk membuat polyurethane adalah berjenis polyether
yang diapit gugus-gugus hidroksil. Polyester polyol biasanya lebih mahal daripada
jenis polyether polyol. Polyether polyol dan polyester polyol hanya terlarut
sebagian (partially miscible) satu dan lainnya. Secara thermal, polyether polyol
lebih tidak stabil dan lebih mudah teroksidasi daripada polyester polyol, namun
polyether polyol lebih stabil untuk reaksi saponifikasi[8].
Saat ini pembuatan polyol yang digunakan untuk membuat polyurethane
telah dikembangkan agar mempunyai tingkat reaktifitas yang tinggi saat bereaksi
dengan isocyanate untuk memproduksi polyurethane dengan sifat khusus. Saat ini
juga ditemukan penggunaan polyol triol dalam pembuatan polyurethane yaitu
polypropylene glycol (PPG) three function, lycerol, dll. Penggunaan polyol triol
15
Universitas Sumatera Utara
ini mulai dikembangkan karena apabila monomer yang digunakan untuk
polimerisasi mempunyai lebih dari dua gugus fungsi, akan menciptakan
crosslinking dalam jaringan polimernya sehingga akan dihasilkan polyurethane
dengan sifat khusus[9].Rumus bangun PolyPpropylene Glycol Triol dapat dilihat
pada gambar 2.4 berikut
Gambar 2.4. Rumus bangun PolyPpropylene Glycol Triol
Pemilihan polyol terutama dilihat dari ukuran dan fleksibilitas dari struktur
molekularnya, serta kontrol fungsionalitasnya untuk perluasan, derajat crosslinking dicapai dalam polimer yang terbentuk dari reaksi dengan polyisocyanate.
Derajat
cross-linking
cukup
dominan
dalam
mempengaruhi
kekakuan
polyurethane foam yang dihasilkan. Untuk memperoleh foam yang rigid, jaringan
polimer haruslah tegas atau kaku. Oleh karena itu, dalam hal ini derajat crosslink
tinggi yang dibutuhkan.
2.3.2.2 Isocyanate
Properti polyurethane foam yang dihasilkan, juga sangat berpengaruh dari
jenis isocyanate yang digunakan. Jenis isocyanate yang banyak digunakan adalah
aromatic dan aliphatic. Beberapa contoh isocyanate yang banyak digunakan
dalam pembuatan polyurethane foam adalah toluene diisocyanate (TDI) dan
diisocyanate diphenylmethane (MDI). Toluene diisocyanate adalah salah satu
jenis isocyanate yang paling sering digunakan. TDI terdiri dari campuran dari 2,4
– dan 2,6-toluene diisocyanate isomer. Produk yang paling sering digunakan
adalah TDI-80 yang terdiri dari 80% dari 2,4-isomer dan 20% dari 2,6-isomer.
Biasanya TDI digunakan dalam memproduksi low density foam[9].Struktur TDI
itu sendiri dapat dilihat pada gambar 2.5.
16
Universitas Sumatera Utara
a
b
Gambar 2.5. TDI chemical srtuktur, (a) toluena-2, 4-diisocyanate,
(b) toluena-2, 6-diisocyanate
Beberapa TDI yang digunakan di Indonesia:
1. Lupranate T80
2. Desmodur T 80
3.ORINATE-80
2.3.3 Katalis MEKPO
Katalis merupakan material kimia yang digunakan untuk mempercepat
proses reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan
atmosfir. Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan
gelembung blowing agent, sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau
terlalu cepat mengeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pembentukan
gelembung.
2.4 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Untuk penguat komposit digunakan serat tandan kosong kelapa sawit yang
akan dicampurkan kedalam matriks. Tiap kandungan serat tandan kosong kelapa
sawit secara fisik mengandung bahan–bahan serat seperti lignin (16,19%),
selulosa (44,14%) dan hemi selulosa (19,28%) yang mirip dengan bahan kimia
penyusun kayu [10]. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh sebuah institusi
komersial terhadap komposisi bahan kimianya diketahui bahwa kandungan bahan
serat tandan kosong kelapa sawit merupaka n kandungan terbesar seperti terlihat
17
Universitas Sumatera Utara
pada tabel 2.3. Berdasarkan data (tabel 2.3.) maka terlihat bahwa kandungan yang
sangat dominan adalah serat, sehingga akan mampu memberikan sifat mekanik
yang cukup baik terhadap material komposit yang akan dibentuk.
Tabel 2.3. Parameter tipikal tandan kosong kelapa sawit per kg [14]
No
Bahan – Bahan Kandungan
1.
Uap air
5.40
2.
Protein
3.00
3.
Serat
35.00
4.
Minyak
3.00
5.
Kelarutan air
16.20
6.
Kelarutan unsur alkali 1 %
29.30
7.
Kotoran
5.00
8.
K
1.71
9.
Ca
0.14
10.
Mg
0.12
11.
P
0.06
12.
Mn,Zn,Cu,Fe
1.07
TOTAL
Komposisi ( % )
100,00
Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari tandan kosong
kelapa sawit adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam lemak yang sangat
tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat mekanik material yang dibentuk [10].
Tandan kosong kelapa sawit segar dari hasil pabrik kelapa sawit umumnya
memiliki komposisi lignoselulose 30,5%, minyak 2,5% dan air 67%, sedangkan
bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,19%, selulose 44,14% dan
hemiselulose 19,28%. Sehingga pada pembuatan material ini tandan kosong
kelapa sawit terlebih dahulu direndam kedalam larutan NaOH 0,4% selama sehari,
kemudian dicuci dengan air bersih, dan dikeringkan pada suhu kamar selama
kurang lebih 3 hari[11]. Gambar 2.6 merupakan serat hasil pencacahan tandan
kosong kelapa sawit yang telah dihaluskan.
18
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6. Serat TKKS setelah dihaluskan
Serat tandan kosong kelapa sawit memiliki kekuatan tensile strength yang
rendah, sedangkan tensile modulus agak conservative di antara serat alam lainnya
seperti terlihat pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Perbandingan tensile strength dan tensile modulus serat alam [12]
Natural Fiber Name
Serat bambu
Ave. Tensile Strength
Ave.Tensile Modulus
(MPa)
(GPa)
25 – 35
(EFB) ∅ = 0.44 mm
253
16
Sabuk kelapa
220
6
Benang
430 – 530
10 – 30
Rami
550 – 900
70
2.5. Beton
Beton adalah suatu material yang menyerupai batu yang diperoleh dengan
membuat suatu campuran yaitu semen, pasir, kerikil dan air untuk membuat
campuran tersebut menjadi keras dalam cetakan sesuai dengan bentuk dan dimensi
struktur yang diinginkan. Kumpulan material tersebut terdiri dari agregat yang halus
19
Universitas Sumatera Utara
dan kasar. Semen dan air berinteraksi secara kimiawi untuk mengikat partikel-partikel
agregat tersebut menjadi suatu massa padat [13].
Pada umumnya beton terdiri dari ± 15 % semen, ± 8 % air, ± 3 % udara,
selebihnya pasir dan kerikil. Campuran tersebut setelah mengeras mempunyai sifat
yang berbeda-beda, tergantung pada cara pembuatannya. Perbandingan campuran,
cara pencampuran, cara mengangkut, cara mencetak, cara memadatkan, dan
sebagainya akan mempengaruhi sifat-sifat beton [13].
Sifat beton meliputi: mudah diaduk, disalurkan, dicor, didapatkan dan
diselesaikan, tanpa menimbulkan pemisahan bahan susunan pada adukan dan mutu
beton yang disyaratkan oleh konstruksi tetap dipenuhi [13].
Material beton mempunyai beberapa keunggulan teknis jika dibanding
dengan material konstruksi lainnya. Bahan baku pembuatan beton, seperti semen,
pasir dan koral atau batu pecah, sangat mudah diperoleh. Keunggulan lain yang
dimiliki beton dibandingkan dengan material lainnya adalah mempunyai kuat
tekan dan stabilitas volume yang baik dan biaya perawatannya relatif lebih murah.
Selain itu, material beton lebih tahan terhadap pengaruh lingkungan, tidak mudah
terbakar, dan lebih tahan terhadap suhu tinggi, sehingga banyak digunakan
sebagai pelindung struktur baja terhadap pengaruh kebakaran pada bangunan
gedung [14].
Sifat dan karakter mekanik beton secara umum:
1. Beton sangat baik menahan gaya tekan (high compressive strength), tetapi
tidak begitu pada gaya tarik (low tensile strength). Bahkan kekuatan gaya
tarik beton hanya sekitar 10% dari kekuatan gaya tekannya.
2. Beton tidak mampu menahan gaya tegangan (tension) yang tinggi, karena
elastisitasnya yang rendah.
3. Konduktivitas termal beton relatif rendah.
Dalam keadaan yang mengeras, beton bagaikan batu karang dengan
kekuatan tinggi. Dalam keadaan segar, beton dapat diberi bermacam bentuk,
sehingga dapat digunakan untuk membent k seni arsitektur atau semata-mata
20
Universitas Sumatera Utara
untuk tujuan dekoratif. Beton juga akan memberikan hasil akhir yang bagus jika
pengolahan akhir dilakukan dengan cara khusus umpamanya diekspose
agregatnya (agregat yang mempunyai bentuk yang bertekstur seni tinggi
diletakkan di bagian luar, sehingga nampak jelas pada permukaan betonnya).
Faktor–faktor yang membuat beton banyak digunakan karena memiliki
keunggulan–keunggulannya antara lain:
1. Kemudahan pengolahannya.
2. Material yang mudah didapat.
3. Kekuatan tekan tinggi.
4. Daya tahan yang tinggi terhadap api dan cuaca merupakan bukti dari
kelebihannya.
Selain memiliki kunggulan-keunggulan seperti disebutkan di atas, beton
juga memiliki kekurangan seperti berikut:
1. Bentuk yang telah dibuat sulit diubah
2. Pelaksanaan pekerjaan membutuhkan ketelitian yang tinggi
3. Berat (bobotnya besar)
4. Daya pantul suara yang besar.
Sebagian besar bahan pembuat beton adalah bahan lokal (kecuali semen
portland atau bahan tambah kimia), sehingga sangat menguntungkan secara
ekomoni. Namun pembuatan beton akan menjadi mahal jika perencana tidak
memahami karakteristik bahan-bahan penyusun beton yang harus disesuaikan
dengan perilaku struktur yang akan dibuat [14].
2.5.1. Adukan Beton
Beton yang berasal dari pengadukan bahan-bahan penyusun agregat kasar
dan agregat halus kemudian diikat dengan semen yang bereaksi dengan air
sebagai bahan perekat, harus dicampur dan diaduk dengan benar dan merata agar
dapat dicapai mutu beton yang baik. Pada umumnya pengadukan bahan beton
dilakukan menggunakan mesin pengaduk kecuali jika hanya untuk mendapatkan
beton mutu rendah pengadukan dapat dilakukan tanpa menggunakan mesin
pengaduk. Kekentalan adukan beton harus diawasi dan dikendalikan dengan cara
memeriksa kemerosotan (slump) pada setiap adukan beton baru.
21
Universitas Sumatera Utara
Nilai slump digunakan sebagai petunjuk ketepatan jumlah pemakaian air
dalam hubungannya dengan faktor air semen yang ingin dicapai. Waktu
pengadukan lamanya tergantung pada kapasitas isi mesin pengaduk, jumlah
adukan, jenis serta susunan butir bahan penyusun, dan slump beton, pada
umumnya tidak kurang dari 1,50 menit dimulai semenjak pengadukan, dan hasil
umumnya menunjukkan susunan dan warna merata. Sesuai dengan tingkat mutu
beton yang dihasilkan memberikan:
1. Keenceran dan kekentalan adukan yang mmungkinkan pengerjaan beton
(penuangan, perataan, pemadatan) dengan mudah kedalam adukan tanpa
menimbulkan kemungkinan terjadinya segregation atau pemisahan agregat.
2. Ketahanan terhadap kondisi lingkungan khusus (kedap air, korosif, dan lainlain)
3. Memenuhi uji kuat yang hendak dipakai [14].
2.6. Teknik Pembuatan Material Komposit
Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan
suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi
lembut atau melebur [15]. Proses pencampuran ini dilakukan pada saat matriks
dalam keadaan cair.
Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
Pada metode penuangan secara langsung dilakukan dengan cara melekatkan
atau menyentuhkan material-material penyusun pada cetakan terbuka dan dengan
perlahan-lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau dengan
pemberian tekanan dari luar. metode ini cocok untuk jenis serat kontinyu,
2. Metode pemampatan atau tekanan.
Pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini
menggunakan prinsip ekstrusi dengan pemberian tekanan pada material bakunya
yang dialirkan kedalam cetakan tertutup. Metode ini umumnya berupa injeksi,
22
Universitas Sumatera Utara
mampatan atau semprotan. Material yang cocok untuk jenis ini adalah penguat
partikel.
3. Metode pemberian tekanan dan panas.
Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan, dimana
metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas awal yang bertujuan
untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagian-bagian yang sulit
terjangkau atau ukuran yang sangat kecil [16].
2.7. Karakteristik Mekanik Material
Untuk menentukan karakteristik mekanik suatu material yaitu dengan
menguji material itu. Banyak cara pengujian yang bisa dilakukan untuk
mengetahui karakteristik material.
2.7.1. Pengujian Dinamik
Pengujian dinamik dilakukan untuk mendapatkan respon secara dinamik
material, dan pengujian ini dilakukan dengan pengujian impak jatuh bebas.
2.7.1.1. Benda Jatuh Bebas
Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif kecil dibandingkan
dengan jari-jari bumi, maka benda mengalami pertambahan kecepatan dengan
harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda
bertambah dengan harga yang sama jika sebuah benda ditembakkan ke atas
kecepatannaya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dan perlambatan
ke atasnya seragam. Waktu dan kecepatan akan berbanding lurus dikarena tidak
adanya gerak berubah beraturan ataupun berubah-ubah.
Untuk menentukan kecepatan benda jatuh setiap detik diperoleh harga
pendekatan seperti terlihat pada tabel 2.5[17].
Tabel 2.5. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh
Waktu t
(s)
Kecepatan
V (m/s)
0
1
2
3
4
5
0
9,8
19,6
29,4
39,2
49
23
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7. Grafik hubungan v – t
Grafik v-t seperti ditunjukkan pada gambar 2.7. yang merupakan sebuah
garis lurus sehingga percepatan seragam.
=
= 9,8
Jika tahanan udara diabaikan gerakan benda jatuh bebas dapat dihitung
dengan percepatan seragam melintas sebuah garis lurus, asalkan percepatan
diganti dengan percepatan gravitasi (g) yaitu:
1. Untuk gerakan ke bawah a = + g
2. Untuk gerakan keatas a = - g
percepatan gravitasi (g) dapat dipandang sebagai sebuah vektor dengan arah
tegak ke bawah menuju ke pusat bumi [17].
2.7.1.2. Gerak Lurus
Perpindahan adalah perubahan kedudukan. Hal ini merupakan besaran
vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan kedudukan
terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup jarak, arah, dan
waktu.
Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan
konstan pada lintasan lurus atau memiliki partikel yang melintasi perpindahan
yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut tidak perduli betapa
24
Universitas Sumatera Utara
kecilnya selang waktu. Percepatan seragam dimiliki partikel yang mengalami
perubahan kecepatan yang sama dalam selang waktu yang sama berturut-turut
tidak perduli betapa kecilnya selang waktu. Satuan perpindahan diukur dalam
meter (m), kecepata diukur dalam meter per detik ( ⁄ ), percepatan diukur dalam
meter per detik kuadrat (
), persamaan gerakan lurus percepatan seragam.
Kecepatan
Penjelasannya dapat dilihat pada gambar 2.8
∆
∆
Waktu
Gambar 2.8. Diagram Kecepatan – waktu
Definisi perpindahan adalah perubahan kedudukan, hal ini merupakan
besaran vektor mencakup jarak dan arah. Kecepatan adalah laju perubahan
kedudukan terhadap waktu. Hal ini juga merupakan besaran vektor mencakup
jarak, arah dan waktu. Kecepatan seragam memiliki partikel yang bergerak
dengan kecepatan konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi
perpindahan yang sama dalam selang waktu yang sama secara berturut-turut tanpa
peduli berapa selisih selang waktu tersebut. Sedangkan percepatan seragam
dimiliki partikel yang mengalami perubahan kecepatan yang sama dalam selang
waktu yang sama secara berturut-turut tanpa peduli berapa selisih selang waktu
tersebut, seperti ditunjukkan pada persamaan (2.1).
( V0 + V ) =
S=
( V0 + V )t
............................................ (2.1)
........................................... (2.2)
25
Universitas Sumatera Utara
Dimana V0 adalah kecepatan awal, V kecepatan akhir, t waktu dan s
perpindahan kecepatan pertengahan = perpindahan/waktu. Maka persamaan (2.3).
perbandingan antara kecepatan dan waktu.
= a .....................................................(2.3)
+
t .........................................(2.4)
v = v0 t +
a t 2 ......................................(2.5)
V
= V0
v2 = v0 + 2 as ...........................................(2.6)
Dari persamaan (2.3), bila V0 = 0, Maka untuk v diperoleh seperti
ditunjukkan pada persamaan (2.7).
= √ 2as
.............................................(2.7)
Bila a = g, dan s = H,
Maka :
= 2gh ..............................................(2.8)
Maka persamaan (2.5) adalah percepatan benda jatuh bebas tergantung pada
jarak atau tinggi benda jatuh dari pusat bumi, ketika sebuah benda padat jatuh
dengan kecapatan sedang, dapat dianggap benda mengalami percepatan gravitasi
seragam, untuk pengertian umum para ilmuan mengambil harga percepatan
gravitiasi g = 9,81 m/s2 [17]. Sesuai dengan persamaan 2.8 maka didapat nilai
jarak yang digunakan untuk pengujian impak jatuh bebas dengan asumsi
kecepatan mobil mundur 10
=
h=
= 2,7 7 ⁄
yaitu sebagai berikut:
2gh
26
Universitas Sumatera Utara
h
=
( ,
)
( ,
)
h = 0,39 m
maka jarak diambil untuk pengujian impak jatuh bebas yaitu 0,39 m dan
dikarenakan jarak pada pengujian berinterval 0,5 m maka diambil jarak 0,5 m
untuk pengujian dan 1 m untuk pengujian variasi gaya maksimum.
2.7.1.3. Gerakan di Bawah Pengaruh Gravitasi
Sebuah benda tidak dapat jatuh bebas kecuali di dalam ruang hampa
sempurna ketika jatuh melintasi sebuah benda mengalami tahanan udara yang
tergantung pada ukuran, bentuk dan kecepatan benda jatuh. Percepatan sebuah
benda jatuh bebas tergantung pada jarak ketinggian benda kerja dari pusat bumi.
Bagaimana, ketika sebuah benda cukup padat jatuh dengan kecepatan sedang,
boleh dianggap benda mengalami percepatan gravitasi seragam. Seperti yang telah
dijelaskan diatas, secara umum para ilmuwan mengambil harga percepatan
gravitasi g = 9,81
.
2.7.1.4. Momentum
Sebuah benda bergerak dikatakan mempunyai momentum yang dinyatakan
dengan hasil kali massa benda dengan kecepatan benda[18].
Momentum = massa×kecepatan
M = m v (kg
⁄ )......................................................(2.9)
Dimana M = momentum (kg
⁄ )
m = massa (kg)
v = Kecepatan benda bergerak ( ⁄ )
2.7.1.5. Impuls
Impuls sebuah gaya konstan adalah hasil kali gaya dengan selang waktu
yang diperlukan gaya bekerja, dituliskan dengan rumus[18]:
I = F t .....................................................................(2.10)
Karena gaya = laju perubahan momentum terhadap waktu = perubahan
momentum dibagi dengan selang waktu yang diperlukan, atau dengan rumus:
27
Universitas Sumatera Utara
F =
.......................................................................(2.11)
Maka impuls = perubahan momentum
I = Ft=
(kg
⁄ )
Di mana: m = massa (kg)
V = kecepatan benda bergerak ( ⁄ )
2.7.1.6. Energi
Energi didefinisikan sebagai kesanggupan untuk melakukan kerja. Prinsip
kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau
dirusakkan (dimusnahkan). Dalam hal ini terdapat dua bentuk energi mekanik,
yaitu[19]:
1. Energi potensial (Ep), yaitu energi yang dapat dimiliki benda
berdasarkan kedudukan benda. Benda mempunyai energi berdasarkan
massa dan posisi (tinggi) benda. Besarnya dapat ditentukan dengan
rumus:
Ep = m g h.............................................................(2.12)
Dimana: Ep = energi potensial (joule)
m = massa benda (kg)
g = gaya gravitasi (
)
h = kedudukan/ketinggian benda (m)
2. Energi kinetik (Ek), yaitu energi yang dapat dimiliki benda berdasarkan
gerakan benda. Adanya pergerakan benda dari kecepatan awal v0 ke
kecepatan perubah v1. Besaranya dapat ditentukan dengan rumus:
Ek = m v2..............................................................(2.13)
Di mana : Ek = energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda jatuh ( ⁄ )
2.7.1.7. Tegangan
Hasil output yang dihasilkan alat pengujian impak jatuh bebas yaitu gaya
dalam force maka dapat diubah menjadi tegangan yang terjadi dengan
membaginya dengan luas penampang yang terkena testrik. Dapat dilihat pada
persamaan berikut:
28
Universitas Sumatera Utara
= ......................................................................(2.14)
Di mana :
= N)
= Tegangan (kg
F = Gaya (kg
)
A = Luas penampang (m2)
2.7.1.8. Pengukuran Gaya Impak
Kemampuan suatu benda dalam menyerap energi impak diketahui dengan
melakukan pengujian impak. Biasanya yang dilakukan dalam dua jenis metode
yaitu metode Charpy dan metode Izod. Pengujian ini hanya untuk melihat
permukaan dari patahan spesimen yang telah di uji apakah itu getas atau ulet[17].
Selain itu terdapat juga pengujian yang menggunakan kompressor yaitu Air Gun
Compressor yang terdapat di Laboratorium Impact and Fracture Unit 1 FT USU
yang mampu meluncurkan striker dengan kecepatan yang bervariasi dan mencapai
lebih kurang 50
⁄ . Peralatan ini dapat memberikan gambaran terhadap
kenyataan dilapangan dimana benda jatuh dari ketinggian tertentu dengan
kecepatan tinggi.
Akan tetapi pada penelitian ini digunakan pengujian Impak Jatuh Bebas
dengan variasi ketinggian dan pengukuran besar gaya impak digunakan peralatan
load cell yang dirancang dalam bentuk unit portabel. Alat ini mampu mengukur
langsung besar gaya ketika sebuah benda yang mempunyai bobot dan ketinggian
tertentu jatuh dan menimpa atau menyentuh alat sensor. Besarnya gaya impak
terbaca langsung pada sebuah alat perekam data sinyal dengan angka digital lalu
ditampilkan pada destop. Kemampuan pengukuran besar gaya impak alat ini
hanya pada batas 30 kN. Gambar serta cara kerja dijelaskan pada Bab 3.
29
Universitas Sumatera Utara