Pembuatan dan Karakterisasi Papan Komposit Berbasis Serat Durian (Durio Zibethinus Murr) Dengan Resin Poliester
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit
Menurut Matthews dkk. (1993)dalam Widodo (2008), komposit adalah
suatumaterial yang terbentuk dari kombinasi dua ataulebih material pembentuknya
melalui campuran yangtidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing
material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material
komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristikyang berbeda dari material
pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada
umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen,
sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan
dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan
sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks
atau pengikat dengan penguat.
Saat ini jenis komposit yang paling banyak digunakan adalah komposit
berpenguat serat. Hal ini karena serat sebagai penguat memiliki keuntungan sebagai
berikut:(Schwartz, 1984).
1. Memiliki perbandingan panjang dengan diameter (aspect ratio) yang besar. Hal
ini menggambarkan bahwa bila digunakan sebagai penguat dalam komposit,
serat akan memiliki luas daerah kontak yang luas dengan matriks dibanding bila
menggunakan penguat lain. Dengan demikian diharapkan akan terbentuk ikatan
yang baik antara serat dengan matriks.
2. Pengaruh ukuran serat”size effect”. Serat memiliki ukuran yang kecil sehingga
jumlah cacat per satuan volume serat akan lebih kecil dibandingkan material
lain. Dengan demikian serat akan memiliki sifat mekanik yang baik dan
konsisten.
3. Serat memiliki densitas yang rendah sehingga memilki sifat mekanik spesifik
(sifak mekanik per satuan densitas) yang tinggi.
Universitas Sumatera Utara
6
Berdasarkan cara penguatannya komposit dibedakan menjadi tiga (Jones,1975) yaitu :
a) Fibrous Composite (komposit serat) merupakan jenis komposit yang hanya
terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serta
atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid
fibers (poly aramide) dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun
dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks
seperti anyaman.
b) Laminated Composite (komposit lapisan) merupakan jenis komposit yang terdiri
dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya
memiliki karakteristik sifat sendiri.
c) Particulate
Composite
(komposit
partikel)
merupakan
komposit
yang
menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara
merata dalam matriksnya.
Sedangkan berdasarkan bentuk material pembentuknya, komposit dapat dibedakan
menjadi lima macam yaitu komposit serat (fiber composite), komposit serpihan (flake
composite), komposit butir (particulate composite), komposit isian (filled composite),
dan komposit lapisan (laminated composite). Komposit dengan penguatan serat adalah
jenis komposit yang paling sering dipakai dalam aplikasi. Hal ini karena komposit jenis
ini memiliki sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya
adalah struktur serat tersebut memiliki kekuatan tekan dan kekuatan tarik arah melintang
serat yang kurang bagus. Hasil dari komposit yang berlapis-lapis (laminated composite)
memiliki kekerasan (hardness) dari unsur pokoknya tetapi kekuatan merupakan efek
sinergi dari gabungan sifat material. Material komposit akan bersinergi bila memiliki
sebuah sistem yang mempersatukan material-material penunjang untuk mencapai sebuah
sifat material yang baru. Komposit serat dapat dibedakan berdasarkan jenis dan orientasi
seratnya, yaitu komposit serat searah (continous fiber composite), serat anyaman (woven
fiber composite), serat acak (chopped fiber composite), dan gabungan beberapa jenis
serat (hybrid fiber composite) (Chung, 2010).
Secara umum komposit dengan penguatan serat tersusun dari dua material
utama yaitu matrik dan serat(fiber). Antar kedua unsur material tersebut terjadi ikatan
Universitas Sumatera Utara
7
antarmuka diantara keduanya. Serat yang memiliki kekuatan lebih tinggi berperan
sebagai komponen penguat, sedangkan matrik yang bersifat lemah dan liat bekerja
sebagai pengikat dan memberi bentuk pada struktur komposit (Schwartz, 1984). Adapun
besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan oleh komposit polimer/serat dapat prediksi
dengan menggunakan persamaan 2.1. Berdasarkan persamaan ini dapat digunakan oleh
peneliti sejauh untuk mengetahui sejauh mana besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan
oleh komposit berdasarkan matrik dan penguat penyusunnya. Berikut ini persamaan
tensile prediction.
�� = �� . �� + �� ��
(2.1)
Dengan: �� = kekuatan tarik komposit (MPa) ; �� = kekuatan tarik fiber (MPa) ;
�� = fraksi volume fiber ; �� = kekuatan tarik matriks (MPa) ; �� = fraksi volume fiber.
Jumlah kandungan serat dalam komposit, merupakan hal yang menjadi perhatian khusus
pada komposit berpenguat serat. Untuk memperoleh komposit berkekuatan tinggi,
distribusi serat dengan matrik harus merata pada proses pencampuran agar mengurangi
timbulnya void. Untuk menghitung fraksi volume parameter yang harus diketahui adalah
densitas resin, densitas penguat, massa matrik dan massa penguat. Adapun fraksi volume
yang ditentukan dengan persamaan :
��
�� = � =
�
�
� � −� �
� � ��
=
��
��
�� = � � �� = 1 − ��
�
��
(2.2)
(2.3)
Dimana, �� = fraksi berat fiber ; �� = berat serat fiber ;�� = berat serat komposit: �� =
densitas fiber ;�� = densitas komposit: �� = volume komposit ; �� = volume fiber;�� =
fraksi volume fiber.
Jika selama pembuatan komposit diketahui berat penguat dan berat matrik, serta
densitas penguat dan densitas matrik, maka fraksi volume dan fraksi penguat dapat
dihitung dengan persamaan:
�� = � �
��
�� �
�
�� � + � ���
(2.3)
Universitas Sumatera Utara
8
Dimana, �� = fraksi volume fiber ; �� = berat serat fiber ;�� = densitas fiber ; �� = berat
matrik ; �� = densitas matrik.
2.1.1Tipe Komposit Serat
Untuk memperoleh komposit yang kuat harus dapat menempatkan serat dengan benar.
Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu:
1. Continuous Fiber Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara
matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan
pada pemisahan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi
oleh matriknya.Tipe komposit serat ada 2 yaitu:
a.
Komposit serat pendek (short fiber composite)
Adapun pengertian dari serat pendek adalah serat dengan perbandingan antara
panjang
dan
diameternya
2.1 Komposit
Menurut Matthews dkk. (1993)dalam Widodo (2008), komposit adalah
suatumaterial yang terbentuk dari kombinasi dua ataulebih material pembentuknya
melalui campuran yangtidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing
material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material
komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristikyang berbeda dari material
pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada
umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen,
sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan
dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan
sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks
atau pengikat dengan penguat.
Saat ini jenis komposit yang paling banyak digunakan adalah komposit
berpenguat serat. Hal ini karena serat sebagai penguat memiliki keuntungan sebagai
berikut:(Schwartz, 1984).
1. Memiliki perbandingan panjang dengan diameter (aspect ratio) yang besar. Hal
ini menggambarkan bahwa bila digunakan sebagai penguat dalam komposit,
serat akan memiliki luas daerah kontak yang luas dengan matriks dibanding bila
menggunakan penguat lain. Dengan demikian diharapkan akan terbentuk ikatan
yang baik antara serat dengan matriks.
2. Pengaruh ukuran serat”size effect”. Serat memiliki ukuran yang kecil sehingga
jumlah cacat per satuan volume serat akan lebih kecil dibandingkan material
lain. Dengan demikian serat akan memiliki sifat mekanik yang baik dan
konsisten.
3. Serat memiliki densitas yang rendah sehingga memilki sifat mekanik spesifik
(sifak mekanik per satuan densitas) yang tinggi.
Universitas Sumatera Utara
6
Berdasarkan cara penguatannya komposit dibedakan menjadi tiga (Jones,1975) yaitu :
a) Fibrous Composite (komposit serat) merupakan jenis komposit yang hanya
terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serta
atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid
fibers (poly aramide) dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun
dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks
seperti anyaman.
b) Laminated Composite (komposit lapisan) merupakan jenis komposit yang terdiri
dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya
memiliki karakteristik sifat sendiri.
c) Particulate
Composite
(komposit
partikel)
merupakan
komposit
yang
menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara
merata dalam matriksnya.
Sedangkan berdasarkan bentuk material pembentuknya, komposit dapat dibedakan
menjadi lima macam yaitu komposit serat (fiber composite), komposit serpihan (flake
composite), komposit butir (particulate composite), komposit isian (filled composite),
dan komposit lapisan (laminated composite). Komposit dengan penguatan serat adalah
jenis komposit yang paling sering dipakai dalam aplikasi. Hal ini karena komposit jenis
ini memiliki sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya
adalah struktur serat tersebut memiliki kekuatan tekan dan kekuatan tarik arah melintang
serat yang kurang bagus. Hasil dari komposit yang berlapis-lapis (laminated composite)
memiliki kekerasan (hardness) dari unsur pokoknya tetapi kekuatan merupakan efek
sinergi dari gabungan sifat material. Material komposit akan bersinergi bila memiliki
sebuah sistem yang mempersatukan material-material penunjang untuk mencapai sebuah
sifat material yang baru. Komposit serat dapat dibedakan berdasarkan jenis dan orientasi
seratnya, yaitu komposit serat searah (continous fiber composite), serat anyaman (woven
fiber composite), serat acak (chopped fiber composite), dan gabungan beberapa jenis
serat (hybrid fiber composite) (Chung, 2010).
Secara umum komposit dengan penguatan serat tersusun dari dua material
utama yaitu matrik dan serat(fiber). Antar kedua unsur material tersebut terjadi ikatan
Universitas Sumatera Utara
7
antarmuka diantara keduanya. Serat yang memiliki kekuatan lebih tinggi berperan
sebagai komponen penguat, sedangkan matrik yang bersifat lemah dan liat bekerja
sebagai pengikat dan memberi bentuk pada struktur komposit (Schwartz, 1984). Adapun
besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan oleh komposit polimer/serat dapat prediksi
dengan menggunakan persamaan 2.1. Berdasarkan persamaan ini dapat digunakan oleh
peneliti sejauh untuk mengetahui sejauh mana besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan
oleh komposit berdasarkan matrik dan penguat penyusunnya. Berikut ini persamaan
tensile prediction.
�� = �� . �� + �� ��
(2.1)
Dengan: �� = kekuatan tarik komposit (MPa) ; �� = kekuatan tarik fiber (MPa) ;
�� = fraksi volume fiber ; �� = kekuatan tarik matriks (MPa) ; �� = fraksi volume fiber.
Jumlah kandungan serat dalam komposit, merupakan hal yang menjadi perhatian khusus
pada komposit berpenguat serat. Untuk memperoleh komposit berkekuatan tinggi,
distribusi serat dengan matrik harus merata pada proses pencampuran agar mengurangi
timbulnya void. Untuk menghitung fraksi volume parameter yang harus diketahui adalah
densitas resin, densitas penguat, massa matrik dan massa penguat. Adapun fraksi volume
yang ditentukan dengan persamaan :
��
�� = � =
�
�
� � −� �
� � ��
=
��
��
�� = � � �� = 1 − ��
�
��
(2.2)
(2.3)
Dimana, �� = fraksi berat fiber ; �� = berat serat fiber ;�� = berat serat komposit: �� =
densitas fiber ;�� = densitas komposit: �� = volume komposit ; �� = volume fiber;�� =
fraksi volume fiber.
Jika selama pembuatan komposit diketahui berat penguat dan berat matrik, serta
densitas penguat dan densitas matrik, maka fraksi volume dan fraksi penguat dapat
dihitung dengan persamaan:
�� = � �
��
�� �
�
�� � + � ���
(2.3)
Universitas Sumatera Utara
8
Dimana, �� = fraksi volume fiber ; �� = berat serat fiber ;�� = densitas fiber ; �� = berat
matrik ; �� = densitas matrik.
2.1.1Tipe Komposit Serat
Untuk memperoleh komposit yang kuat harus dapat menempatkan serat dengan benar.
Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu:
1. Continuous Fiber Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara
matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan
pada pemisahan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi
oleh matriknya.Tipe komposit serat ada 2 yaitu:
a.
Komposit serat pendek (short fiber composite)
Adapun pengertian dari serat pendek adalah serat dengan perbandingan antara
panjang
dan
diameternya