Studi Pemakaian Serat Sabut Kelapa Hibrida Dengan Polyester Resin BQTN 157 Sebagai Matriks Material Komposit
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Umum Tanaman Kelapa Hibrida
Kelapa (Cocos nucifera) merupakan salah satu anggota tanaman palma yang
paling dikenal dan banyak tersebar di daerah tropis. Tinggi pohon kelapa dapat
mencapai 10 - 14 meter lebih, daunnya berpelepah dengan panjang dapat
mencapai 3 - 4 meter lebih dengan sirip-sirip lidi yang menopang tiap
helaian.Tanaman ini dimanfaatkan hampir semua bagiannya oleh manusia
sehingga dianggap sebagai tumbuhan serbaguna, terutama bagi masyarakat
pesisir.Tanaman ini diperkirakan berasal dari pesisir Samudera Hindia di sisi
Asia, namun kini telah menyebar luas di seluruh pantai tropika dunia.
Gambar 2.1 Pokok Kelapa Hibrida
Kelapa Hibrida yang merupakan persilangan antara kelapa dalam dan
kelapa genjah. Dalam hal berbisnis Kelapa Hibrida merupakan jenis kelapa yang
Universitas Sumatera Utara
tepat untuk mendapatkan pemanenan buah kelapa yang jauh lebih banyak dan
berkualitas. Dengan buahnya yang lebat, Kelapa Hibrida ini ternyata mampu
untuk menghasilkan buah setelah 4-5 tahun setelah masa tanam. serta pohonnya
yang tidak terlalu tinggi menjadi kelebihan jenis kelapa hibrida ini, dengan pohon
yang rendah tentunya lebih memperkecil resiko dan mempermudah dari
pemanenan buah kelapa ini.
Bibit Kelapa Hibrida yang masih kecil rentan terhadap hama penyakit.
Diantaranya yaitu Cendana Phytophthora yang dapat menyebabkan busuk
tanaman.Namun hama tersebut bisa kita kendalikan dengan fungisida Alliete yang
di injeksikan melalui akar. Perawatan bibit kelapa hibrida ini meliputi
Penyiraman, pemupukan dan pengendalian gulma tanaman. pemupukan kelapa
hibrida ini, idealnya di lakukan dua kali dalam setahun. Pemupukan sebaiknya di
lakukan pada awal dan akhir musim hujan. Jika pemeliharaan dan perawatan
tanaman kelapa hibrida baik, tentunya juga hasilnya akan membuat anda puas.
Berikut merupakan beberapa keunggulan yang di miliki oleh pohon kelapa
hibrida :
1. Lebih cepat berbuah, dalam jangka waktu 3-4 tahun sudah dapat dipanen
buahnya.
2. Produktivitas sekitar 140 butir/ pohon/ tahun
3. Produksi kopra tinggi sekitar 6-7 ton per Hektar setiap tahunnya pada
umur tanaman 10 tahun.
4. Daging tebal, keras dan kandungan minyaknya tinggi.
5. Produktivitas tandan buah, sekitar 12 tandan dan berisi sekitar 10-20 butir
buah kelapa. sedangkan daging buah mempunyai ketebalan sekitar 1,5 c
2.2 Komposit
2.2.1 Defenisi Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih
yang tetap terpisah dan menghasilkan sebuah material baru yang memiliki sifatsifat berbeda dengan material penyusunnya. Komposit berasal dalam kata kerja
Universitas Sumatera Utara
“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 di gabung secara makroskopis. Pada umumnya bentuk
dasar suatu bahan komposit adalah tunggal di mana merupakan susunan dari
paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja sama untuk menghasilkan sifat-sifat
bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
+
Matriks
Komposit
Penguat/ Serat
Gambar 2.2Fasa-fasa pembentuk komposit
Keterangan gambar :
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, pelindung
permukaan filler, dan media transfer tegangan.
2. Penguat/ serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan dua atau lebih bahan yang terpisah.
2.2.2 Klasifikasi Material Komposit
Sesuai dengan definisinya, maka bahan material komposit terdiri dari unsur-unsur
penyusun.Komponen ini dapat berupa unsur organik, anorganik ataupun metalik
dalam bentuk serat, serpihan, partikel dan lapisan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Komposit Dengan Unsur-Unsur Penyusun Yang Berbeda-Beda
(Gibson, 1994).
Jika ditinjau dari unsur pokok penyusun suatu bahan komposit, maka
komposit dapat dibedakan atas beberapa bagian antara lain :
a. Komposit Serat (Fibrous Composites Material)
Komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan
dasar) yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat ditambahkan resin
sebagai bahan perekat.
Gambar 2.4 Komposit Serat (Gibson, 1994)
Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina
atau lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber).Fiber yang
digunakan bisa berupa glass fiber, carbon fibers, armid fibers (poly 17
aramide), dan sebagainya.Fiber ini bisa disusun secara acak (chopped strand
mat) maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang
Universitas Sumatera Utara
lebih kompleks seperti anyaman. Berdasarkan penempatannya terdapat
bebarapa jenis serat pada komposit, yaitu :
1. Continous Fibre Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina
diantara matriksnya.Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar
lapisan.
Gambar 2.5 Continous Fiber Composite (Gibson, 1994)
2. Woven Fibre Composite (Bi-Rectional)
Komposit jenis ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan
karena susunan seratnya mengikat antar lapisan.Susunan seratnya
memanjang yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan
melemah.
3. Discountinous Fibre Composite
Discontinous fibre composite adalah tipe serat pendek. Komposit yang
diperkuat oleh serat pendek pada umumya menggunakan resin sebagai
matriksnya. Dalam pembuatan komposit serat pendek ini dipotong-potong
pendek 20-100 mm panjangnya.
4. Hybrid fiber composite
Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat
lurus dengan serat acak.Tipe ini digunakan supaya dapat menganti
kekurangan
sifat
dari
kedua
tipe
dan
dapat
menggabungkan
kelebihannya.
b. Komposit Lapis (Laminated Compossite Materials)
Universitas Sumatera Utara
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang
digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat
sendiri.
Gambar 2.6Laminated Composites (Gibson, 1994)
Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang
diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminate glass yang sering
digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya manipulasi
makroskopis yang dilakukan terhadap ketahanan korosi, kuat dan tahan
terhadap temperatur.Komposit ini terdiri dari bermacam-macam lapisan
material dalam satu matriks. Bentuk nyata dari komposit lamina adalah :
1) Bimetal
Adalah lapis dari dua buah logam yang mempunyai koefisien
ekspansi termal yang berbeda. Bimetal akan melangkung dengan
seiring berubahnya suhu sesuai dengan perancangan, sehingga jenis
ini sangat cocok dengan alat ukur suhu.
2) Pelapisan Logam
Adalah pelapisan yang dilakukan antara logam yang satu dengan
yang lainnya dengan tujuan untuk mendapatkan sifat terbaik dari
keduanya.
3) Kaca Yang Dilapisi
Konsep ini sama dengan pelapisan logam, kaca yang dilapisi akan
lebih tahan terhadap cuaca.
4) Komposit Lapis Serat
Dalam hal ini lapisan dibentuk dari komposit serat dan disusun
dalam berbagai orientasi serat.Komposit jemis ini biasa dipakai pada
panel sayap pesawat dan badan pesawat.
Universitas Sumatera Utara
c. Komposit Partikel (Particulate Composites Materials)
Merupakan jenis komposit yang menggunakan pertikel atau serbuk
sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Komposit ini biasanya mempunyai bahan penguat yang dimensinya kurang
lebih sama, seperti bulat serpih, balok, serat bentuk-bentuk lainnya yang
memiliki sumbu hampir sama yang disebut partikel, dan bisa terbuat dari satu
atau lebih material yang dibenamkan dalam suatu matriks dengan material
yang berbeda. Partikelnya bisa logam atau non logam seperti halnya
matriks.Selain itu adapula polimer yang mengandung partikel yang hanya
dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan untuk
kepentingan sebagai bahan penguat.
Gambar 2.7 Komposit Partikel (Gibson, 1994)
Pada umumnya komposit dibagi dalam tiga kelompok adalah :
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix composite – PMC) bahan
ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan yang biasa
disebut dengan Polimer Berpenguat Serat (FRP – Fiber Reinforced
Polymers or Plastis), bahan ini menggunakan suatu polimer berdasar
resin sebagai matriknya, seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) yang
digunakan sebagai penguatnya.
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composite – MMC) ditemukan
berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu
logam seperti alumnium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat
seperti silikon karbida.
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composite – CMC)
digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini
Universitas Sumatera Utara
menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat
pendek, atau serabut-serabut (Whiskers) dimana terbuat dari silikon
karbida.
Gambar 2.8 diagram komposit berdasarkan bahan penyusunnya
d. Flake Composite (Komposit serpihan)
terdiri atas serpihan - serpihan yang saling menahan dengan mengikat
permukaan atau dimasukkan ke dalam matriks. Pengertian dari serpihan
adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan
dalam
peralatan
yang
khusus
dengan
orientasi
serat
sejajar
permukaannya.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.
2.2.3 Faktor yang Mempengaruhi Sifat-Sifat Mekanik Komposit
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi performa komposit, baik dari
faktor serat penyusunnya, maupun faktor matriksnya, yaitu:
1. Faktor Serat
Universitas Sumatera Utara
Serat panjang lebih kuat dibandingkan dengan serat pendek.Oleh karena
itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun
modulus komposit.Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam
peletakannya daripada serat pendek.Bentuk serat tidak mempengaruhi,
yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Semakin kecil diameter
serat, maka akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi.
2. Faktor Matriks
Matriks sangat berpengaruh dalam mempengaruhi performa komposit.
Tergantung dari matriks jenis apa yang dipakainya, dan untuk tujuan apa
dalam pemakaian matriks tersebut.
3. Katalis
Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada
bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan
semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan
bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.
2.2.4 Keuntungan Komposit
Bahan
komposit
mempunyai
beberapa
kelebihan
berbanding
dengan
bahankonvensional seperti logam.Kelebihan tersebut pada umumnya dapat
dilihatdari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal,
biaya.Beberapa keuntungan komposit dibawah ini :
•
Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yangmempunyai
kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahankonvensional.
•
Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah dibanding
dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasiyang penting dalam
konteks
penggunaannya
karena
kompositmempunyai
kekuatan
dan
kekakuan spesifik yang lebih tinggi daribahan konvensional. Implikasi
kedua ialah produk komposit yangdihasilkan akan mempunyai kerut yang
lebih rendah dari logam.Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting
Universitas Sumatera Utara
dalam industripembuatan seperti automobile dan penerbangan. Ini
karenaberhubungan dengan penghematan bahan bakar.
•
Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility(berdaya
guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifatyang menarik yang
dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenismatriks dan serat yang
digunakan. Contoh dengan menggabungkanlebih dari satu serat dengan
matriks untuk menghasilkan komposithibrid.
•
Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam;kekakuan
jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnyalebih tinggi dari
logam.
•
Dibanding dengan material konvensional keunggulan kompositantara lain
yaitu memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability),tahanan lelah
(fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, danmemiliki kekuatan jenis
(rasio kekuatan terhadap berat jenis) yangtinggi.
•
Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah mendapatkan kombinasi
sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yangringan. Dengan
memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat
membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan
kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula
2.3 Matriks
Menurut Gibson (1994), bahwa matrik dalam strukturkomposit dapat
berasal dari bahan polimer, logam, maupunkeramik.Syarat pokok matrik yang
digunakan dalam kompositadalah matrik harus bisa meneruskan beban, sehinga
seratharus bisa melekat pada matrik dan kompatibel antara seratdan matrik.
Umumnya matrik dipilih yang mempunyai ketahanan panas yang tinggi (Triyono
& Diharjo, 2000).Matrik yang digunakan dalam komposit adalah harusmampu
meneruskan beban sehingga serat harus bisa melekatpada matrik dan kompatibel
antara serat dan matrik artinyatidak ada reaksi yang mengganggu. Menurut
Diharjo (1999)pada bahan komposit matrik mempunyai kegunaan yaitusebagai
berikut :
Universitas Sumatera Utara
•
•
•
Matrik memegang dan mempertahankan serat pada posisinya.
Pada saat pembebanan, merubah bentuk dan mendistribusikan
tegangan ke unsur utamanya yaitu serat.
Memberikan sifat tertentu, misalnya ductility, toughness dan
electrical insulation
Menurut Diharjo (1999), bahan matrik yang sering digunakan dalam
komposit antara lain :
a. Polimer.
Polimer merupakan bahan matrik yang paling seringdigunakan.
Adapun jenis polimer yaitu:
•
Thermoset, adalah plastik atau resin yang tidak bisa berubah
karena panas (tidak bisa di daur ulang). Misalnya :epoxy,
•
polyester, phenotic.
Termoplastik, adalah plastik atau resin yang dapat dilunakkan
terus menerus dengan pemanasan atau dikeraskan dengan
pendinginan dan bisa berubah karena panas (bisa didaur
ulang). Misalnya :Polyamid, nylon, polysurface, polyether.
b. Keramik.
Pembuatan komposit dengan bahan keramik yaitu Keramik
dituangkan pada serat yang telah diatur orientasinya dan keramik
merupakan matrik yang tahan pada temperatur tinggi.Misalnya
:SiC dan SiN yang sampai tahan pada temperatur 1650 C.
c. Karet.
Karet adalah polimer bersistem cross linked yangmempunyai
kondisi semi kristalin dibawah temperatur kamar.
d. Matrik logam
Matrik cair dialirkan kesekeliling sistem fiber, yang telahdiatur
dengan perekatan difusi atau pemanasan.
Universitas Sumatera Utara
e. Matrik karbon.
Fiber yang direkatkan dengan karbon sehingga terjadikarbonisasi.
Pemilihan matrik harus didasarkan pada kemampuan regangan saat
patah yang lebih besar dibandingkan denganfiller. Selain itu juga perlunya
diperhatikan berat jenis,viskositas, kemampuan membasahi filler, tekanan
dan suhu curring, penyusutan dan voids.
Voids (kekosongan) yang terjadi pada matrik sangatlah berbahaya,
karena pada bagian tersebut fiber tidak didukung oleh matriks, sedangkan
fiber selalu akan mentransfer tegangan ke matriks. Hal seperti ini menjadi
penyebab munculnya crack, sehingga komposit akan gagal lebih awal.
Kekuatan komposit terkait dengan void adalah berbanding terbalik yaitu
semakin banyak void maka komposit semakin rapuh dan apabila sedikit
void komposit semakin kuat.
Dalam pembuatan sebuah komposit, matriks berfungsi sebagai
pengikat bahan penguat, dan juga sebagai pelindung partikel dari kerusakan
oleh faktor lingkungan.Beberapa bahan matriks dapat memberikan sifat-sifat
yang diperlukan sebagai keliatan dan ketangguhan. Pada penelitian ini
matrik yang digunakan adalah polimer termoset dengan jenis resin
polyester.
Matriks polyester paling banyak digunakan terutama untuk aplikasi
konstruksi ringan, selain itu harganya murah, resin ini mempunyai
karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai, transparan, dapat dibuat kaku
dan fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Polyester dapat
digunakanpada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel
resin dan keperluannya (Schward, 1984). Keuntungan lain matriks polyester
adalah mudah dikombinasikan dengan serat dan dapat digunakan untuk
semua bentuk penguatan plastik
Universitas Sumatera Utara
2.4 Serat
Serat atau fiber dalam bahan komposit berperansebagai bagian utamayang
menahan beban, sehinggabesar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat
tergantungdari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan(diameter serat
mendekati ukuran kristal) maka semakinkuat bahantersebut, karena minimnya
cacat pada material(Triyono,& Diharjo k, 2000).Selain itu serat (fiber) juga
merupakan
unsur
yangterpenting,
karena
seratlah
nantinya
yang
akan
menentukansifat mekanik komposit tersebut seperti kekakuan, keuletan,kekuatan
dsb. Fungsi utama dari serat adalah:
•
Sebagai pembawa beban. Dalam struktur komposit 70% - 90%
•
beban dibawa oleh serat.
•
sifat lain dalam komposit.
Memberikan sifat kekakuan, kekuatan, stabilitas panas dan sifat-
Memberikan insulasi kelistrikan (konduktivitas) pada komposit,
tetapi ini tergantung dari serat yang digunakan.
2.5 Material komposit serat sabut kelapa
Material komposit serat sabut kelapa terdiri dari serat sabut kelapa yang
sudah mendapat perlakuan alkali ( NaOH ) dan polyester resin tak jenuh.
Sementara untuk mempercepat proses polymerisasi digunakan katalis jenis
MEKP.
2.5.1Polyester Resin Tak Jenuh
Polyester resin tak jenuh merupakan polimer kondensat
yang
terbentukberdasarkan reaksi antara polyol yang merupakan organik gabungan
dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic, yang
mengandung ikatanganda.Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol,
seperti ethylene glycol.Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah
Universitas Sumatera Utara
asam phthalic dan asam maleic.Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer
thermoset yang memilikistruktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang
berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan
penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukan.
(Schwarts, 1983).
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 adalahPolyester resin tak jenuh diperkuat dengan serat sabut kelapa.
Matriks initergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian
tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan
berbentuk crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap
jenis 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.
(Agus Pramono, 2008).
Data karakteristik mekanik material polyester resin tak jenuh seperti terlihat
pada tabel.
Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
Sifat Mekanik
Satuan
Besaran
Berat jenis (ρ)
kg/mm3
1,215.10-6
Modulus Elastisitas
N/mm2
2941.8
(E)
Universitas Sumatera Utara
Kekuatan Tarik (σT)
N/mm2
54
Elongasi
%
1,6
Sumber: PT. Justus Kimia Raya, 2007
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 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 lain-lain, akan
meningkatkan sifat mekanik material tersebut sementara ketika dalam keadaan
tunggal material ini bersifat rapuh dan kaku. (Hull, 1992)
2.5.2 Katalis
Katalis adalah zat yang ditambahkan ke dalam suatu reaksi dengan maksud
memperbesar laju reaksi.Katalis terkadang ikut terlibat dalam reaksi, tetapi tidak
mengalami perubahan kimiawi yang permanen. Dengan kata lain, pada akhir
reaksi katalis akan dijumpai kembali dalam bentuk dan jumlah yang sama seperti
sebelum reaksi. Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau
mengabsorpsi zat yang direaksikan.
Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan mempercepat
laju reaksi dengan menurunkan energi aktifasi. Jika energi pengaktifan reaksi
tinggi, maka untuk temperatur normal, hanya akan terjadi sebagian kecil
pertemuan molekul yang nantinya dapat menghasilkan reaksi. Katalis dapat
Universitas Sumatera Utara
menurunkan energi pengaktifan dengan menghindari tahap penentu laju yang
lambat dari reaksi yang tidak dapat di katalisa. Dengan menurunnya energi
aktifasi maka pada temperatur yang sama didapatkan laju reaksi yang tidak dapat
di katalisa. Fungsi utama dari katalis ini adalah menyediakan reaksi alternatif
dalam suatu reaksi kimia.
Pada temperatur tetap, fungsi katalis dalam reaksi kimia adalah sebagai
berikut:
1. Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan
mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktifasi
2. Katalis menyediakan reaksi alternatif dalam suatu reaksi kimia.
3. Katalis mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan reaksi.
4. Katalis mempercepat reaksi maju dan reaksi balik sama besar.
Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan
reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap
pereaksi.Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivitas yang
lebih rendah.Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya
reaksi.
2.5.3 Perlakuan Alkali ( NaOH )
NaOH atau sering disebut alkali digunakan untuk menghilangkan kotoran
atau lignin pada serat dengan sifat alami serat adalah Hyrophilic, yaitu suka
terhadap air.berbeda dengan polimer yang hydrophilic. Pengaruh perlakuan alkali
terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan
optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami hyrophilic serat dapat
memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal (Bismarck dkk
2002).
NaOH merupakan larutan basa yang tergolong mudah larut dalam air dan
termasuk basa kuat yang dapat terionisasi dengan sempurna. Menurut teori
Universitas Sumatera Utara
arrhenius basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion OH negatif dan ion
positif. Larutan basa memiliki rasa pahit, dan jika mengenai tangan terasa licin
(seperti sabun).Sifat licin terhadap kulit itu disebut sifat kaustik basa.Salah satu
indikator yang digunakan untuk menunjukkkankebasaan adalah lakmus merah.
Bila lakmus merahdimasukkan ke dalam larutan basa maka berubah menjadi biru
2.5.4 Serat sabut kelapa hibrida
Serat sabut kelapa adalah serat alami alternatif dalam pembuatan komposit,
yang pemanfaatannya terus dikembangkan agar dihasilkan komposit yang lebih
sempurna dikemudian hari.Serat kelapa ini mulai dilirik penggunannya karena
selain
mudah
didapat,
murah,
dapat
mengurangi
polusi
lingkungan
(biodegradability) sehingga komposit ini mampu mengatasi permasalahan
lingkungan yang mungkin timbul dari banyaknya serat kelapa yang tidak
dimanfaatkan, serta tidak membahayakan kesehatan.
Gambar 2.9 Serat Sabut Kelapa
Pengembangan serat kelapa sebagai material komposit ini sangat
dimaklumi mengingat ketersediaan bahan baku di Indonesia cukup melimpah.
Universitas Sumatera Utara
Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) banyak terdapat di daerah beriklim
tropis.Pohon
kelapa
diperkirakan
dapat
ditemukan
di
lebih
dari
80
negara.Indonesia merupakan negara agraris yang menempati posisi ketiga setelah
Pilipina dan India, sebagai penghasil kelapa terbesar di dunia. Pohon ini
merupakan tanaman yang sangat produktif, dimana dari daun hingga akarnya
dapat diolah menjadi produk teknologi maupun bahan bangunan atau keperluan
sehari-hari sehingga pohon kelapa dijuluki sebagai TheTree of Life (pohon
kehidupan) dan A Heavenly Tree (pohon surga)
Sifat mekanis serat sabut kelapa sudah banyak dipublikasikan. Kondisi fisik
permukaan dan penampang serat sabut kelapa dapat dilihat pada Gambar 1
dimana penampang dari serat sabut kelapa tidak berbentuk bulat tapi berbentuk
oval.
(a)
(b)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Analisis SEM serat sabut kelapa (a) permukaan serat (b)
penampang serat ( Bakri, 2009)
Sifat mekanis telah dievaluasi sebagai fungsi dari perlakuan diameter serat,
dimensi panjang dan strain rate (Kulkurani, dkk ,1998). Kemudian, Silva dkk,
1999 telah menguji sifat mekanis dan termal dari serat kelapa yang dipengaruhi
oleh perlakuan alkali.Tomczak dkk (2008) juga telah meneliti bahwa semakin
besar diameter serat sabut kelapa, kekuatan dan modulus Young semakin kecil
(turun). Lebih lanjut, sifat mikromekanik deformasi serat sabut kelapa dengan
menggunakan Raman spectroscopytelah didapatkan oleh Bakri dkk,(2010). Bakri
(2010) telah menentukan sifat mekanis serat sabut kelapa dengan meninjau dari
dimensi panjang spesimen.Beberapa sifat mekanis serat alam yang dibandingkan
dengan salah satu serat konvensional (serat gelas) yang biasa digunakan dalam
material adalah seperti pada Tabel 1. Serat sabut kelapa memiliki kekuatan tarik
dan modulus yang lebih rendah dibanding dengan serat lainnya, namun
elongasinya yang paling tinggi mencapai 30%
Tabel 2.2 Sifat mekanis beberapa serat alam (Taj dkk, 2007)
Serat
Densitas
Kekuatan
Elongasi
Modulus Elastis
(g/cm3)
Tarik
(%)
(MPa)
(MPa)
Rami
-
400-938
3.6-3.8
61.4-128
Sisal
1.5
511 -635
2.0-2.5
9.4-22.0
Sabut
1.2
175
30
4.0-6.0
1.5
345-1035
2.7-3.2
27.6
2000-3500
2.5
70.0
Kelapa
Flax
E-glass 2.5
Universitas Sumatera Utara
2.6 Aplikasi komposit serat kelapa
Komposit serat alam telah diaplikasikan diberbagai bidang industri seperti
automotif, alat-alat olahraga dan sebagainya. Produsen mobil Daimler-Bens telah
memanfaatkan serat alam seperti flax, sisal, serat kelapa, kapas, dan hemp pada 10
tahun terakhir sebagai penguat bahan komposit untuk interior kendaraan Daimler
Chrysler (dalam upholstery, panel pintu). Yuhazri dkk (2007) telah memanfaatkan
serat sabut kelapa untuk memperkuat epoxi resin dalam membuat helm, namun
belum dalam skala industri. Beberapa produk yang mungkin dapat dibuat dari
komposit serat sabut kelapa menurut laporan dari Industrial Technology Institute,
Colombo Sri Lanka dan the Delft University of Technology, Netherlands tahun
2003 adalah badan perahu nelayan, sandaran kursi, kursi stadion dan penutup bak
sampah. Potensi produk ini dapat dikembangkan pula di Sulawesi Tengah
mengingat daerah ini merupakan penghasil kelapa.
2.7 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. Proses
Pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam keadaan cair. Ada
beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
2. Metode pemampatan atau tekan
3. Metode pemberian tekanan dan panas
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,
Universitas Sumatera Utara
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, mampatan atau
semprotan.Material yang cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel. 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
2.8 Teori pengujian
2.8.1 Uji tarik
Pengujian Tarik mengikuti standar ASTM E8 M-09 , dengan ukuran
diperlihatkan pada gambar 2.11
Gambar 2.11 Spesimen uji tarik standar ASTM E8 M-09
Prosespengujiantarikbertujuanuntukmengetahuikekuatantarik
bendauji.Pengujiantarikuntukkualitas
kekuatantarikdimaksudkanuntukmengetahuiberapanilaikekuatannya.Pembebana
ntarikadalah pembebananyangdiberikanpadabendadenganmemberikangayatarik
berlawananarahpadasalahsatuujungbenda.
Penarikangayaterhadapbebanakanmengakibatkanterjadinya
perubahanBentuk(deformasi)bahantersebut.Prosesterjadinyadeformasi
padabahanujiadalahprosespergeseranbutirankristallogamyang
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkanmelemahnyagayaelektromagnetiksetiapatomlogamhingga
terlepasikatantersebutolehpenarikangayamaksimum.
Gambar 2.12 Grafik hubungan strain-tensile test dari beberapa komposit
Sumber: https://www.google.com
Sebelum pengujian tarik dilakukan, kita melakukan uji keras pada
spesimen yang akan diuji. Uji ini perlu dilakukan untuk mengetahui nilai
kekerasan spesimen sebelum diberi beban tarik. Selain itu, kita dapat
memperkirakan nilai kekuatan tarik suatu material dari nilai kekerasannya.. Hal
ini dapat diketahui karena umumnya harga kekerasan berbanding lurus dengan
harga kekuatan material. Kekerasan suatu material didefinisikan sebagai
ketahanan material untuk didefomasi plastis secara lokal.Sedangkan kekuatan
tarik didefinisikan sebagai ketahanan material dideformasi plastis pada satu
kesatuan material. Dari pengertian ini, kekuatan dan kekerasan sama-sama
diartikan dengan kemampuan material untuk dideformasi plastis. Oleh karena itu
kita dapat menarik kesimpulan bahwa kekerasan suatu material berbanding lurus
dengan kekuatan tariknya. Berdasarkan data yang didapat akan terlihat adanya
peningkatan kekerasan akibat strain hardening.
Pada patahan spesimen uji tarik, terdapat dua macam jenis patahan yaitu
patah getas dan patah ulet.Patah getas memiliki ciri pada patahannya tidak
terdapat cup dan cone.Pada patah getas, tidak terjadi adanya necking sehingga
spesimen langsung patah jika diberi beban diatas σu nya.Selain itu, patahannya
membentuk sudut 900 terhadap sumbu normal spesimen.Patah getas terjadi karena
adanya pengaruh dari tegangan normal.Berbeda dengan patah ulet, pada patah ulet
Universitas Sumatera Utara
disebabkan karena adanya tegangan geser.Sudut patahan membentuk sudut 450
terhadap sumbu normal spesimen.Patahan seperti ini diakibatkan oleh tegangan
geser yang maksimum.Dimana beban tarik yang bekerjalah yang berperan dalam
menimbulkan tegangan ini.
Apabila tegangan yang diberikan terhadap spesimen melebihi batas
luluhnya, maka pergerakan dislokasi ini akan mencapai permukaan. Pergerakan
dislokasi hingga mencapai permukaan inilah yang dinamakan deformasi plastis.
Deformasi plastis inilah yang menyebabkan pertambahan panjang pada spesimen
bersifat tetap. Apabila besarnya tegangan yang diberikan terhadap spesimen
mencapai titik Ultimate, maka spesimen mulai mengalami pengecilan setempat
pada bagian tengahnya. Pengecilan setempat inilah yang dikenal dengan
fenomena necking.Fenomena ini terjadi karena deformasi plastis yang terjadi
pada material tidak lagi homogen.
Ketika material ditarik dengan beban tarik yang besarnya melebihi batas
luluhnya, maka material tersebut akan mengalami pertambahan panjang sifatnya
tetap. Pertambahan panjang material ini apabila dibagi dengan panjang awal
menghasilkan perpanjangan atau elongation yang disimbolkan dengan e. Atau
secara matematis dapat ditulis:
�
� = � .........................................................(2.1)
Dimana:
�=
� = Tegangan (MPa)
∆�
�0
�100% ...............................................(2.2)
P = Gaya (Kgf)
A = Luas Penampang (cm2)
� = Regangan
∆� = Pertambahan Panjang (cm)
L0= Panjang mula-mula (cm)
Universitas Sumatera Utara
Pada saat beban tarik dikenakan pada spesimen melebihi batas luluhnya,
maka perpanjangan yang terjadi pada material adalah perpanjangan totalnya.
Besarnya perpanjangan total merupakam hasil penjumlahan antara perpanjangan
plastis dengan perpanjangan elastis. Apabila beban tersebut dihilangkan, maka
perpanjangan totalnya sama dengan perpanjangan plastisnya saja, karena
perpanjangan elastis pada saat beban tersebut dihilangkan sama dengan nol.
Nilai perpanjangan plastis inilah yang dijadikan sebagai dasar dalam
menentukan keuletan suatu material. Semakin besar perpanjangan plastis dari
suatu material, maka keuletan suatu material akan semakin tinggi. Namun, pada
beberapa kasus, dimana kurva tegangan dan regangan teknis yang dihasilkan
memiliki kemiringan yang cukup tajam, maka untuk menentukan keuletan suatu
material yang perlu dilihat adalah perpanjangan totalnya. Hal ini dilakukan karena
penentuan perpanjangan plastisnya melalui grafik sangat sulit untuk dilakukan,
dan besarnya perpanjangan total hampir sama dengan perpanjangan plastisnya
sebagai akibat dari kemiringan kurva yang sangat tajam.
Spesimen hasil pengujian tarik juga mengalami pengecilan setempat pada
bagian tengahnya yang disebut juga dengan istilah necking.Besarnya reduction of
area ini dapat pula dijadikan sebagi dasar dalam penentuan keuletan suatu
material. Semakin besar reduction of area yang dihasilkan maka
keuletan
material tersebut akan semakin tinggi. Reduction of area ini terjadi karena beban
yang diterapkan pada material melebihi batas ultimatenya, sehingga deformasi
plastis yang terjadi pada material tidak lagi homogen.
2.8.2 Uji kekerasan ( Hardness test )
Kekerasan adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari
suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk
material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force)
dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material
ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut
Universitas Sumatera Utara
sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat
kembali ke bentuknya semula.
Tabel 2.3. Macam – Macam Teknik Pengujian Kekerasan (Wiliam D.
Calister,Jr.)
Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu
material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan).
Uji kekerasan terdiri dari :
1. Brinnel ( HB/BHN )
Pengujian dengan metode brinell adalah untuk menentukan
kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola
baja ( indentor ) yang di tekankan pada permukaan material uji tersebut (
spesimen )
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13 Pengujian Brinell
�� = �
2
Dimana :
2�
�(�−�� 2 −� 2 )
..................................................(2.3)
D = Diameter bola ( mm )
d = Impression diameter ( mm )
F = load ( beban ) ( kgf )
HB = Brinell Result ( HB )
Gambar 2.14 Perumusan untuk pengujian brinell
Universitas Sumatera Utara
2.
Rockwell (HR / RHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan
kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap
indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada
permukaan material uji tersebut.
Untuk mencari besarnya nilai kekerasan dengan menggunakan metode
Rockwell dijelaskan pada gambar 2.12, yaitu pada langkah 1 benda uji
ditekan oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu
ditekan dengan beban mayor (major Load F1) pada langkah 2, dan pada
langkah 3 beban mayor diambil sehingga yang tersisa adalah minor load
dimana pada kondisi 3 ini indentor ditahan seperti kondisi pada saat load
F0.
Gambar 2.15 Pengujian rockwell
Gambar 2.16Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya
kekerasan dengan metode Rockwell.
HR = E – e ..................................................( 2.4 )
Dimana :
Universitas Sumatera Utara
F0
= Beban Minor (Minor Load) (kgf)
F1
= Beban Mayor (Major Load) (kgf)
F
= Total beban (kgf)
e
= Jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan 0.002
mm
E
= Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference
line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda
HR
= Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness
Tabel dibawah ini merupakan skala yang dipakai dalam pengujian
Rockwell skala dan range uji dalam skala Rockwell. Besarnya minor
load maupun major load tergantung dari jenis material yang akan di uji,
jenis-jenisnya bisa dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.4 Rockwell Hardness Scales
Scale
Indentor
A Diamond
F0
F1
(kgf) (kgf) (kgf)
10
50
cone
B 1/16" steel
F
E
Jenis Material Uji
60 100 Exremely hard materials, tugsen
carbides, dll
10
90
ball
100 130 Medium hard materials, low dan
medium carbon steels, kuningan,
perunggu, dll
C Diamond
10
140 150 100 Hardened steels, hardened and
cone
D Diamond
tempered alloys
10
90
100 100 Annealed kuningan dan tembaga
E 1/8" steel ball 10
90
100 130 Berrylium copper,phosphor bronze,
cone
dll
F 1/16" steel
10
50
60 130 Alumunium sheet
ball
Universitas Sumatera Utara
G 1/16" steel
10
140 150 130 Cast iron, alumunium alloys
ball
H 1/8" steel ball 10
50
60 130 Plastik dan soft metals seperti
timah
K 1/8" steel ball 10
140 150 130 Sama dengan H scale
L 1/4" steel ball 10
50
60 130 Sama dengan H scale
M 1/4" steel ball 10
90
100 130 Sama dengan H scale
P 1/4" steel ball 10
140 150 130 Sama dengan H scale
R 1/2" steel ball 10
50
60 130 Sama dengan H scale
1/2" steel ball 10
90
100 130 Sama dengan H scale
S
V 1/2" steel ball 10
3.
140 150 130 Sama dengan H scale
Vickers(HV / VHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan
kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap
indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri
berbentuk piramid seperti ditunjukkan pada gambar 2.13. Beban yang
dikenakan juga jauh lebih kecil dibanding dengan pengujian rockwell dan
brinel yaitu antara 1 sampai 1000 gram. Angka kekerasan Vickers (HV)
didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dengan luas
permukaan bekas luka tekan (injakan) dari indentor(diagonalnya) (A)
yang dikalikan dengan sin (136°/2). Rumus untuk menentukan besarnya
nilai kekerasan dengan metode vikers yaitu
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.17Pengujian Vikers
Gambar 2.18 Bentuk indicator vikers (Callister, 2001)
Pengujian Vickers dapat dirumuskan :
……………………………….(2.5)
……………….……………....(2.6)
………………………………...(2.7)
Universitas Sumatera Utara
Dimana,
HV
= Angka kekerasan Vickers
F
= Beban (kgf)
d
= diagonal (mm)
4. Uji Kekerasan Mikro ( Knoop Hardness)
Metode ini menggunakan prinsip indentasi yang digunakan untuk
mengukur kekerasan benda-benda mikro. Penetratornya adalah intan
dengan perbandingan diagonal panjang dan pendek sekitar 7:1. Intan
tersebut berupa intan kasar yang dibentuk sedemikian menjadi bentuk
piramida.
Gambar 2.19 Bentuk indentor knoop (Callister, 2001)
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari
besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.
Dimana :
HK
= Angka kekerasan knoop
F
= Beban (kgf)
I
= Panjang indentor (mm)
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Umum Tanaman Kelapa Hibrida
Kelapa (Cocos nucifera) merupakan salah satu anggota tanaman palma yang
paling dikenal dan banyak tersebar di daerah tropis. Tinggi pohon kelapa dapat
mencapai 10 - 14 meter lebih, daunnya berpelepah dengan panjang dapat
mencapai 3 - 4 meter lebih dengan sirip-sirip lidi yang menopang tiap
helaian.Tanaman ini dimanfaatkan hampir semua bagiannya oleh manusia
sehingga dianggap sebagai tumbuhan serbaguna, terutama bagi masyarakat
pesisir.Tanaman ini diperkirakan berasal dari pesisir Samudera Hindia di sisi
Asia, namun kini telah menyebar luas di seluruh pantai tropika dunia.
Gambar 2.1 Pokok Kelapa Hibrida
Kelapa Hibrida yang merupakan persilangan antara kelapa dalam dan
kelapa genjah. Dalam hal berbisnis Kelapa Hibrida merupakan jenis kelapa yang
Universitas Sumatera Utara
tepat untuk mendapatkan pemanenan buah kelapa yang jauh lebih banyak dan
berkualitas. Dengan buahnya yang lebat, Kelapa Hibrida ini ternyata mampu
untuk menghasilkan buah setelah 4-5 tahun setelah masa tanam. serta pohonnya
yang tidak terlalu tinggi menjadi kelebihan jenis kelapa hibrida ini, dengan pohon
yang rendah tentunya lebih memperkecil resiko dan mempermudah dari
pemanenan buah kelapa ini.
Bibit Kelapa Hibrida yang masih kecil rentan terhadap hama penyakit.
Diantaranya yaitu Cendana Phytophthora yang dapat menyebabkan busuk
tanaman.Namun hama tersebut bisa kita kendalikan dengan fungisida Alliete yang
di injeksikan melalui akar. Perawatan bibit kelapa hibrida ini meliputi
Penyiraman, pemupukan dan pengendalian gulma tanaman. pemupukan kelapa
hibrida ini, idealnya di lakukan dua kali dalam setahun. Pemupukan sebaiknya di
lakukan pada awal dan akhir musim hujan. Jika pemeliharaan dan perawatan
tanaman kelapa hibrida baik, tentunya juga hasilnya akan membuat anda puas.
Berikut merupakan beberapa keunggulan yang di miliki oleh pohon kelapa
hibrida :
1. Lebih cepat berbuah, dalam jangka waktu 3-4 tahun sudah dapat dipanen
buahnya.
2. Produktivitas sekitar 140 butir/ pohon/ tahun
3. Produksi kopra tinggi sekitar 6-7 ton per Hektar setiap tahunnya pada
umur tanaman 10 tahun.
4. Daging tebal, keras dan kandungan minyaknya tinggi.
5. Produktivitas tandan buah, sekitar 12 tandan dan berisi sekitar 10-20 butir
buah kelapa. sedangkan daging buah mempunyai ketebalan sekitar 1,5 c
2.2 Komposit
2.2.1 Defenisi Komposit
Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih
yang tetap terpisah dan menghasilkan sebuah material baru yang memiliki sifatsifat berbeda dengan material penyusunnya. Komposit berasal dalam kata kerja
Universitas Sumatera Utara
“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 di gabung secara makroskopis. Pada umumnya bentuk
dasar suatu bahan komposit adalah tunggal di mana merupakan susunan dari
paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja sama untuk menghasilkan sifat-sifat
bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya.
+
Matriks
Komposit
Penguat/ Serat
Gambar 2.2Fasa-fasa pembentuk komposit
Keterangan gambar :
1. Matriks berfungsi sebagai penyokong, pengikat fasa, pelindung
permukaan filler, dan media transfer tegangan.
2. Penguat/ serat merupakan unsur penguat kepada matriks.
3. Komposit merupakan gabungan dua atau lebih bahan yang terpisah.
2.2.2 Klasifikasi Material Komposit
Sesuai dengan definisinya, maka bahan material komposit terdiri dari unsur-unsur
penyusun.Komponen ini dapat berupa unsur organik, anorganik ataupun metalik
dalam bentuk serat, serpihan, partikel dan lapisan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Komposit Dengan Unsur-Unsur Penyusun Yang Berbeda-Beda
(Gibson, 1994).
Jika ditinjau dari unsur pokok penyusun suatu bahan komposit, maka
komposit dapat dibedakan atas beberapa bagian antara lain :
a. Komposit Serat (Fibrous Composites Material)
Komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan
dasar) yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat ditambahkan resin
sebagai bahan perekat.
Gambar 2.4 Komposit Serat (Gibson, 1994)
Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina
atau lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber).Fiber yang
digunakan bisa berupa glass fiber, carbon fibers, armid fibers (poly 17
aramide), dan sebagainya.Fiber ini bisa disusun secara acak (chopped strand
mat) maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang
Universitas Sumatera Utara
lebih kompleks seperti anyaman. Berdasarkan penempatannya terdapat
bebarapa jenis serat pada komposit, yaitu :
1. Continous Fibre Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina
diantara matriksnya.Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar
lapisan.
Gambar 2.5 Continous Fiber Composite (Gibson, 1994)
2. Woven Fibre Composite (Bi-Rectional)
Komposit jenis ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan
karena susunan seratnya mengikat antar lapisan.Susunan seratnya
memanjang yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan
melemah.
3. Discountinous Fibre Composite
Discontinous fibre composite adalah tipe serat pendek. Komposit yang
diperkuat oleh serat pendek pada umumya menggunakan resin sebagai
matriksnya. Dalam pembuatan komposit serat pendek ini dipotong-potong
pendek 20-100 mm panjangnya.
4. Hybrid fiber composite
Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat
lurus dengan serat acak.Tipe ini digunakan supaya dapat menganti
kekurangan
sifat
dari
kedua
tipe
dan
dapat
menggabungkan
kelebihannya.
b. Komposit Lapis (Laminated Compossite Materials)
Universitas Sumatera Utara
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang
digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat
sendiri.
Gambar 2.6Laminated Composites (Gibson, 1994)
Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang
diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminate glass yang sering
digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya manipulasi
makroskopis yang dilakukan terhadap ketahanan korosi, kuat dan tahan
terhadap temperatur.Komposit ini terdiri dari bermacam-macam lapisan
material dalam satu matriks. Bentuk nyata dari komposit lamina adalah :
1) Bimetal
Adalah lapis dari dua buah logam yang mempunyai koefisien
ekspansi termal yang berbeda. Bimetal akan melangkung dengan
seiring berubahnya suhu sesuai dengan perancangan, sehingga jenis
ini sangat cocok dengan alat ukur suhu.
2) Pelapisan Logam
Adalah pelapisan yang dilakukan antara logam yang satu dengan
yang lainnya dengan tujuan untuk mendapatkan sifat terbaik dari
keduanya.
3) Kaca Yang Dilapisi
Konsep ini sama dengan pelapisan logam, kaca yang dilapisi akan
lebih tahan terhadap cuaca.
4) Komposit Lapis Serat
Dalam hal ini lapisan dibentuk dari komposit serat dan disusun
dalam berbagai orientasi serat.Komposit jemis ini biasa dipakai pada
panel sayap pesawat dan badan pesawat.
Universitas Sumatera Utara
c. Komposit Partikel (Particulate Composites Materials)
Merupakan jenis komposit yang menggunakan pertikel atau serbuk
sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Komposit ini biasanya mempunyai bahan penguat yang dimensinya kurang
lebih sama, seperti bulat serpih, balok, serat bentuk-bentuk lainnya yang
memiliki sumbu hampir sama yang disebut partikel, dan bisa terbuat dari satu
atau lebih material yang dibenamkan dalam suatu matriks dengan material
yang berbeda. Partikelnya bisa logam atau non logam seperti halnya
matriks.Selain itu adapula polimer yang mengandung partikel yang hanya
dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan untuk
kepentingan sebagai bahan penguat.
Gambar 2.7 Komposit Partikel (Gibson, 1994)
Pada umumnya komposit dibagi dalam tiga kelompok adalah :
1. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix composite – PMC) bahan
ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan yang biasa
disebut dengan Polimer Berpenguat Serat (FRP – Fiber Reinforced
Polymers or Plastis), bahan ini menggunakan suatu polimer berdasar
resin sebagai matriknya, seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) yang
digunakan sebagai penguatnya.
2. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composite – MMC) ditemukan
berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu
logam seperti alumnium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat
seperti silikon karbida.
3. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composite – CMC)
digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini
Universitas Sumatera Utara
menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat
pendek, atau serabut-serabut (Whiskers) dimana terbuat dari silikon
karbida.
Gambar 2.8 diagram komposit berdasarkan bahan penyusunnya
d. Flake Composite (Komposit serpihan)
terdiri atas serpihan - serpihan yang saling menahan dengan mengikat
permukaan atau dimasukkan ke dalam matriks. Pengertian dari serpihan
adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan
dalam
peralatan
yang
khusus
dengan
orientasi
serat
sejajar
permukaannya.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.
2.2.3 Faktor yang Mempengaruhi Sifat-Sifat Mekanik Komposit
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi performa komposit, baik dari
faktor serat penyusunnya, maupun faktor matriksnya, yaitu:
1. Faktor Serat
Universitas Sumatera Utara
Serat panjang lebih kuat dibandingkan dengan serat pendek.Oleh karena
itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun
modulus komposit.Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam
peletakannya daripada serat pendek.Bentuk serat tidak mempengaruhi,
yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Semakin kecil diameter
serat, maka akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi.
2. Faktor Matriks
Matriks sangat berpengaruh dalam mempengaruhi performa komposit.
Tergantung dari matriks jenis apa yang dipakainya, dan untuk tujuan apa
dalam pemakaian matriks tersebut.
3. Katalis
Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada
bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan
semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan
bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.
2.2.4 Keuntungan Komposit
Bahan
komposit
mempunyai
beberapa
kelebihan
berbanding
dengan
bahankonvensional seperti logam.Kelebihan tersebut pada umumnya dapat
dilihatdari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal,
biaya.Beberapa keuntungan komposit dibawah ini :
•
Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yangmempunyai
kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahankonvensional.
•
Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah dibanding
dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasiyang penting dalam
konteks
penggunaannya
karena
kompositmempunyai
kekuatan
dan
kekakuan spesifik yang lebih tinggi daribahan konvensional. Implikasi
kedua ialah produk komposit yangdihasilkan akan mempunyai kerut yang
lebih rendah dari logam.Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting
Universitas Sumatera Utara
dalam industripembuatan seperti automobile dan penerbangan. Ini
karenaberhubungan dengan penghematan bahan bakar.
•
Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility(berdaya
guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifatyang menarik yang
dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenismatriks dan serat yang
digunakan. Contoh dengan menggabungkanlebih dari satu serat dengan
matriks untuk menghasilkan komposithibrid.
•
Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam;kekakuan
jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnyalebih tinggi dari
logam.
•
Dibanding dengan material konvensional keunggulan kompositantara lain
yaitu memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability),tahanan lelah
(fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, danmemiliki kekuatan jenis
(rasio kekuatan terhadap berat jenis) yangtinggi.
•
Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah mendapatkan kombinasi
sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yangringan. Dengan
memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat
membuat suatu material komposit dengan sifat yang tepat sama dengan
kebutuhan sifat untuk suatu struktur tertentu dan tujuan tertentu pula
2.3 Matriks
Menurut Gibson (1994), bahwa matrik dalam strukturkomposit dapat
berasal dari bahan polimer, logam, maupunkeramik.Syarat pokok matrik yang
digunakan dalam kompositadalah matrik harus bisa meneruskan beban, sehinga
seratharus bisa melekat pada matrik dan kompatibel antara seratdan matrik.
Umumnya matrik dipilih yang mempunyai ketahanan panas yang tinggi (Triyono
& Diharjo, 2000).Matrik yang digunakan dalam komposit adalah harusmampu
meneruskan beban sehingga serat harus bisa melekatpada matrik dan kompatibel
antara serat dan matrik artinyatidak ada reaksi yang mengganggu. Menurut
Diharjo (1999)pada bahan komposit matrik mempunyai kegunaan yaitusebagai
berikut :
Universitas Sumatera Utara
•
•
•
Matrik memegang dan mempertahankan serat pada posisinya.
Pada saat pembebanan, merubah bentuk dan mendistribusikan
tegangan ke unsur utamanya yaitu serat.
Memberikan sifat tertentu, misalnya ductility, toughness dan
electrical insulation
Menurut Diharjo (1999), bahan matrik yang sering digunakan dalam
komposit antara lain :
a. Polimer.
Polimer merupakan bahan matrik yang paling seringdigunakan.
Adapun jenis polimer yaitu:
•
Thermoset, adalah plastik atau resin yang tidak bisa berubah
karena panas (tidak bisa di daur ulang). Misalnya :epoxy,
•
polyester, phenotic.
Termoplastik, adalah plastik atau resin yang dapat dilunakkan
terus menerus dengan pemanasan atau dikeraskan dengan
pendinginan dan bisa berubah karena panas (bisa didaur
ulang). Misalnya :Polyamid, nylon, polysurface, polyether.
b. Keramik.
Pembuatan komposit dengan bahan keramik yaitu Keramik
dituangkan pada serat yang telah diatur orientasinya dan keramik
merupakan matrik yang tahan pada temperatur tinggi.Misalnya
:SiC dan SiN yang sampai tahan pada temperatur 1650 C.
c. Karet.
Karet adalah polimer bersistem cross linked yangmempunyai
kondisi semi kristalin dibawah temperatur kamar.
d. Matrik logam
Matrik cair dialirkan kesekeliling sistem fiber, yang telahdiatur
dengan perekatan difusi atau pemanasan.
Universitas Sumatera Utara
e. Matrik karbon.
Fiber yang direkatkan dengan karbon sehingga terjadikarbonisasi.
Pemilihan matrik harus didasarkan pada kemampuan regangan saat
patah yang lebih besar dibandingkan denganfiller. Selain itu juga perlunya
diperhatikan berat jenis,viskositas, kemampuan membasahi filler, tekanan
dan suhu curring, penyusutan dan voids.
Voids (kekosongan) yang terjadi pada matrik sangatlah berbahaya,
karena pada bagian tersebut fiber tidak didukung oleh matriks, sedangkan
fiber selalu akan mentransfer tegangan ke matriks. Hal seperti ini menjadi
penyebab munculnya crack, sehingga komposit akan gagal lebih awal.
Kekuatan komposit terkait dengan void adalah berbanding terbalik yaitu
semakin banyak void maka komposit semakin rapuh dan apabila sedikit
void komposit semakin kuat.
Dalam pembuatan sebuah komposit, matriks berfungsi sebagai
pengikat bahan penguat, dan juga sebagai pelindung partikel dari kerusakan
oleh faktor lingkungan.Beberapa bahan matriks dapat memberikan sifat-sifat
yang diperlukan sebagai keliatan dan ketangguhan. Pada penelitian ini
matrik yang digunakan adalah polimer termoset dengan jenis resin
polyester.
Matriks polyester paling banyak digunakan terutama untuk aplikasi
konstruksi ringan, selain itu harganya murah, resin ini mempunyai
karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai, transparan, dapat dibuat kaku
dan fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Polyester dapat
digunakanpada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel
resin dan keperluannya (Schward, 1984). Keuntungan lain matriks polyester
adalah mudah dikombinasikan dengan serat dan dapat digunakan untuk
semua bentuk penguatan plastik
Universitas Sumatera Utara
2.4 Serat
Serat atau fiber dalam bahan komposit berperansebagai bagian utamayang
menahan beban, sehinggabesar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat
tergantungdari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan(diameter serat
mendekati ukuran kristal) maka semakinkuat bahantersebut, karena minimnya
cacat pada material(Triyono,& Diharjo k, 2000).Selain itu serat (fiber) juga
merupakan
unsur
yangterpenting,
karena
seratlah
nantinya
yang
akan
menentukansifat mekanik komposit tersebut seperti kekakuan, keuletan,kekuatan
dsb. Fungsi utama dari serat adalah:
•
Sebagai pembawa beban. Dalam struktur komposit 70% - 90%
•
beban dibawa oleh serat.
•
sifat lain dalam komposit.
Memberikan sifat kekakuan, kekuatan, stabilitas panas dan sifat-
Memberikan insulasi kelistrikan (konduktivitas) pada komposit,
tetapi ini tergantung dari serat yang digunakan.
2.5 Material komposit serat sabut kelapa
Material komposit serat sabut kelapa terdiri dari serat sabut kelapa yang
sudah mendapat perlakuan alkali ( NaOH ) dan polyester resin tak jenuh.
Sementara untuk mempercepat proses polymerisasi digunakan katalis jenis
MEKP.
2.5.1Polyester Resin Tak Jenuh
Polyester resin tak jenuh merupakan polimer kondensat
yang
terbentukberdasarkan reaksi antara polyol yang merupakan organik gabungan
dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic, yang
mengandung ikatanganda.Tipikal jenis polyol yang digunakan adalah glycol,
seperti ethylene glycol.Sementara asam polycarboxylic yang digunakan adalah
Universitas Sumatera Utara
asam phthalic dan asam maleic.Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer
thermoset yang memilikistruktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang
berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan
penambahan katalis tanpa pemberian tekanan ketika proses pembentukan.
(Schwarts, 1983).
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 adalahPolyester resin tak jenuh diperkuat dengan serat sabut kelapa.
Matriks initergolong jenis polimer thermoset yang memiliki sifat dapat
mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian
tekanan ketika proses pembentukannya. Struktur material yang dihasilkan
berbentuk crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap
jenis 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.
(Agus Pramono, 2008).
Data karakteristik mekanik material polyester resin tak jenuh seperti terlihat
pada tabel.
Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh.
Sifat Mekanik
Satuan
Besaran
Berat jenis (ρ)
kg/mm3
1,215.10-6
Modulus Elastisitas
N/mm2
2941.8
(E)
Universitas Sumatera Utara
Kekuatan Tarik (σT)
N/mm2
54
Elongasi
%
1,6
Sumber: PT. Justus Kimia Raya, 2007
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 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 lain-lain, akan
meningkatkan sifat mekanik material tersebut sementara ketika dalam keadaan
tunggal material ini bersifat rapuh dan kaku. (Hull, 1992)
2.5.2 Katalis
Katalis adalah zat yang ditambahkan ke dalam suatu reaksi dengan maksud
memperbesar laju reaksi.Katalis terkadang ikut terlibat dalam reaksi, tetapi tidak
mengalami perubahan kimiawi yang permanen. Dengan kata lain, pada akhir
reaksi katalis akan dijumpai kembali dalam bentuk dan jumlah yang sama seperti
sebelum reaksi. Katalis dapat bekerja dengan membentuk senyawa antara atau
mengabsorpsi zat yang direaksikan.
Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan mempercepat
laju reaksi dengan menurunkan energi aktifasi. Jika energi pengaktifan reaksi
tinggi, maka untuk temperatur normal, hanya akan terjadi sebagian kecil
pertemuan molekul yang nantinya dapat menghasilkan reaksi. Katalis dapat
Universitas Sumatera Utara
menurunkan energi pengaktifan dengan menghindari tahap penentu laju yang
lambat dari reaksi yang tidak dapat di katalisa. Dengan menurunnya energi
aktifasi maka pada temperatur yang sama didapatkan laju reaksi yang tidak dapat
di katalisa. Fungsi utama dari katalis ini adalah menyediakan reaksi alternatif
dalam suatu reaksi kimia.
Pada temperatur tetap, fungsi katalis dalam reaksi kimia adalah sebagai
berikut:
1. Katalis dapat digunakan dalam pengaktifan reaksi yang akan
mempercepat laju reaksi dengan menurunkan energi aktifasi
2. Katalis menyediakan reaksi alternatif dalam suatu reaksi kimia.
3. Katalis mempercepat tercapainya keadaan kesetimbangan reaksi.
4. Katalis mempercepat reaksi maju dan reaksi balik sama besar.
Katalis memungkinkan reaksi berlangsung lebih cepat atau memungkinkan
reaksi pada suhu lebih rendah akibat perubahan yang dipicunya terhadap
pereaksi.Katalis menyediakan suatu jalur pilihan dengan energi aktivitas yang
lebih rendah.Katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya
reaksi.
2.5.3 Perlakuan Alkali ( NaOH )
NaOH atau sering disebut alkali digunakan untuk menghilangkan kotoran
atau lignin pada serat dengan sifat alami serat adalah Hyrophilic, yaitu suka
terhadap air.berbeda dengan polimer yang hydrophilic. Pengaruh perlakuan alkali
terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan
optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami hyrophilic serat dapat
memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal (Bismarck dkk
2002).
NaOH merupakan larutan basa yang tergolong mudah larut dalam air dan
termasuk basa kuat yang dapat terionisasi dengan sempurna. Menurut teori
Universitas Sumatera Utara
arrhenius basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion OH negatif dan ion
positif. Larutan basa memiliki rasa pahit, dan jika mengenai tangan terasa licin
(seperti sabun).Sifat licin terhadap kulit itu disebut sifat kaustik basa.Salah satu
indikator yang digunakan untuk menunjukkkankebasaan adalah lakmus merah.
Bila lakmus merahdimasukkan ke dalam larutan basa maka berubah menjadi biru
2.5.4 Serat sabut kelapa hibrida
Serat sabut kelapa adalah serat alami alternatif dalam pembuatan komposit,
yang pemanfaatannya terus dikembangkan agar dihasilkan komposit yang lebih
sempurna dikemudian hari.Serat kelapa ini mulai dilirik penggunannya karena
selain
mudah
didapat,
murah,
dapat
mengurangi
polusi
lingkungan
(biodegradability) sehingga komposit ini mampu mengatasi permasalahan
lingkungan yang mungkin timbul dari banyaknya serat kelapa yang tidak
dimanfaatkan, serta tidak membahayakan kesehatan.
Gambar 2.9 Serat Sabut Kelapa
Pengembangan serat kelapa sebagai material komposit ini sangat
dimaklumi mengingat ketersediaan bahan baku di Indonesia cukup melimpah.
Universitas Sumatera Utara
Tanaman kelapa (Cocos nucifera L) banyak terdapat di daerah beriklim
tropis.Pohon
kelapa
diperkirakan
dapat
ditemukan
di
lebih
dari
80
negara.Indonesia merupakan negara agraris yang menempati posisi ketiga setelah
Pilipina dan India, sebagai penghasil kelapa terbesar di dunia. Pohon ini
merupakan tanaman yang sangat produktif, dimana dari daun hingga akarnya
dapat diolah menjadi produk teknologi maupun bahan bangunan atau keperluan
sehari-hari sehingga pohon kelapa dijuluki sebagai TheTree of Life (pohon
kehidupan) dan A Heavenly Tree (pohon surga)
Sifat mekanis serat sabut kelapa sudah banyak dipublikasikan. Kondisi fisik
permukaan dan penampang serat sabut kelapa dapat dilihat pada Gambar 1
dimana penampang dari serat sabut kelapa tidak berbentuk bulat tapi berbentuk
oval.
(a)
(b)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Analisis SEM serat sabut kelapa (a) permukaan serat (b)
penampang serat ( Bakri, 2009)
Sifat mekanis telah dievaluasi sebagai fungsi dari perlakuan diameter serat,
dimensi panjang dan strain rate (Kulkurani, dkk ,1998). Kemudian, Silva dkk,
1999 telah menguji sifat mekanis dan termal dari serat kelapa yang dipengaruhi
oleh perlakuan alkali.Tomczak dkk (2008) juga telah meneliti bahwa semakin
besar diameter serat sabut kelapa, kekuatan dan modulus Young semakin kecil
(turun). Lebih lanjut, sifat mikromekanik deformasi serat sabut kelapa dengan
menggunakan Raman spectroscopytelah didapatkan oleh Bakri dkk,(2010). Bakri
(2010) telah menentukan sifat mekanis serat sabut kelapa dengan meninjau dari
dimensi panjang spesimen.Beberapa sifat mekanis serat alam yang dibandingkan
dengan salah satu serat konvensional (serat gelas) yang biasa digunakan dalam
material adalah seperti pada Tabel 1. Serat sabut kelapa memiliki kekuatan tarik
dan modulus yang lebih rendah dibanding dengan serat lainnya, namun
elongasinya yang paling tinggi mencapai 30%
Tabel 2.2 Sifat mekanis beberapa serat alam (Taj dkk, 2007)
Serat
Densitas
Kekuatan
Elongasi
Modulus Elastis
(g/cm3)
Tarik
(%)
(MPa)
(MPa)
Rami
-
400-938
3.6-3.8
61.4-128
Sisal
1.5
511 -635
2.0-2.5
9.4-22.0
Sabut
1.2
175
30
4.0-6.0
1.5
345-1035
2.7-3.2
27.6
2000-3500
2.5
70.0
Kelapa
Flax
E-glass 2.5
Universitas Sumatera Utara
2.6 Aplikasi komposit serat kelapa
Komposit serat alam telah diaplikasikan diberbagai bidang industri seperti
automotif, alat-alat olahraga dan sebagainya. Produsen mobil Daimler-Bens telah
memanfaatkan serat alam seperti flax, sisal, serat kelapa, kapas, dan hemp pada 10
tahun terakhir sebagai penguat bahan komposit untuk interior kendaraan Daimler
Chrysler (dalam upholstery, panel pintu). Yuhazri dkk (2007) telah memanfaatkan
serat sabut kelapa untuk memperkuat epoxi resin dalam membuat helm, namun
belum dalam skala industri. Beberapa produk yang mungkin dapat dibuat dari
komposit serat sabut kelapa menurut laporan dari Industrial Technology Institute,
Colombo Sri Lanka dan the Delft University of Technology, Netherlands tahun
2003 adalah badan perahu nelayan, sandaran kursi, kursi stadion dan penutup bak
sampah. Potensi produk ini dapat dikembangkan pula di Sulawesi Tengah
mengingat daerah ini merupakan penghasil kelapa.
2.7 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. Proses
Pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam keadaan cair. Ada
beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung
2. Metode pemampatan atau tekan
3. Metode pemberian tekanan dan panas
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,
Universitas Sumatera Utara
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, mampatan atau
semprotan.Material yang cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel. 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
2.8 Teori pengujian
2.8.1 Uji tarik
Pengujian Tarik mengikuti standar ASTM E8 M-09 , dengan ukuran
diperlihatkan pada gambar 2.11
Gambar 2.11 Spesimen uji tarik standar ASTM E8 M-09
Prosespengujiantarikbertujuanuntukmengetahuikekuatantarik
bendauji.Pengujiantarikuntukkualitas
kekuatantarikdimaksudkanuntukmengetahuiberapanilaikekuatannya.Pembebana
ntarikadalah pembebananyangdiberikanpadabendadenganmemberikangayatarik
berlawananarahpadasalahsatuujungbenda.
Penarikangayaterhadapbebanakanmengakibatkanterjadinya
perubahanBentuk(deformasi)bahantersebut.Prosesterjadinyadeformasi
padabahanujiadalahprosespergeseranbutirankristallogamyang
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkanmelemahnyagayaelektromagnetiksetiapatomlogamhingga
terlepasikatantersebutolehpenarikangayamaksimum.
Gambar 2.12 Grafik hubungan strain-tensile test dari beberapa komposit
Sumber: https://www.google.com
Sebelum pengujian tarik dilakukan, kita melakukan uji keras pada
spesimen yang akan diuji. Uji ini perlu dilakukan untuk mengetahui nilai
kekerasan spesimen sebelum diberi beban tarik. Selain itu, kita dapat
memperkirakan nilai kekuatan tarik suatu material dari nilai kekerasannya.. Hal
ini dapat diketahui karena umumnya harga kekerasan berbanding lurus dengan
harga kekuatan material. Kekerasan suatu material didefinisikan sebagai
ketahanan material untuk didefomasi plastis secara lokal.Sedangkan kekuatan
tarik didefinisikan sebagai ketahanan material dideformasi plastis pada satu
kesatuan material. Dari pengertian ini, kekuatan dan kekerasan sama-sama
diartikan dengan kemampuan material untuk dideformasi plastis. Oleh karena itu
kita dapat menarik kesimpulan bahwa kekerasan suatu material berbanding lurus
dengan kekuatan tariknya. Berdasarkan data yang didapat akan terlihat adanya
peningkatan kekerasan akibat strain hardening.
Pada patahan spesimen uji tarik, terdapat dua macam jenis patahan yaitu
patah getas dan patah ulet.Patah getas memiliki ciri pada patahannya tidak
terdapat cup dan cone.Pada patah getas, tidak terjadi adanya necking sehingga
spesimen langsung patah jika diberi beban diatas σu nya.Selain itu, patahannya
membentuk sudut 900 terhadap sumbu normal spesimen.Patah getas terjadi karena
adanya pengaruh dari tegangan normal.Berbeda dengan patah ulet, pada patah ulet
Universitas Sumatera Utara
disebabkan karena adanya tegangan geser.Sudut patahan membentuk sudut 450
terhadap sumbu normal spesimen.Patahan seperti ini diakibatkan oleh tegangan
geser yang maksimum.Dimana beban tarik yang bekerjalah yang berperan dalam
menimbulkan tegangan ini.
Apabila tegangan yang diberikan terhadap spesimen melebihi batas
luluhnya, maka pergerakan dislokasi ini akan mencapai permukaan. Pergerakan
dislokasi hingga mencapai permukaan inilah yang dinamakan deformasi plastis.
Deformasi plastis inilah yang menyebabkan pertambahan panjang pada spesimen
bersifat tetap. Apabila besarnya tegangan yang diberikan terhadap spesimen
mencapai titik Ultimate, maka spesimen mulai mengalami pengecilan setempat
pada bagian tengahnya. Pengecilan setempat inilah yang dikenal dengan
fenomena necking.Fenomena ini terjadi karena deformasi plastis yang terjadi
pada material tidak lagi homogen.
Ketika material ditarik dengan beban tarik yang besarnya melebihi batas
luluhnya, maka material tersebut akan mengalami pertambahan panjang sifatnya
tetap. Pertambahan panjang material ini apabila dibagi dengan panjang awal
menghasilkan perpanjangan atau elongation yang disimbolkan dengan e. Atau
secara matematis dapat ditulis:
�
� = � .........................................................(2.1)
Dimana:
�=
� = Tegangan (MPa)
∆�
�0
�100% ...............................................(2.2)
P = Gaya (Kgf)
A = Luas Penampang (cm2)
� = Regangan
∆� = Pertambahan Panjang (cm)
L0= Panjang mula-mula (cm)
Universitas Sumatera Utara
Pada saat beban tarik dikenakan pada spesimen melebihi batas luluhnya,
maka perpanjangan yang terjadi pada material adalah perpanjangan totalnya.
Besarnya perpanjangan total merupakam hasil penjumlahan antara perpanjangan
plastis dengan perpanjangan elastis. Apabila beban tersebut dihilangkan, maka
perpanjangan totalnya sama dengan perpanjangan plastisnya saja, karena
perpanjangan elastis pada saat beban tersebut dihilangkan sama dengan nol.
Nilai perpanjangan plastis inilah yang dijadikan sebagai dasar dalam
menentukan keuletan suatu material. Semakin besar perpanjangan plastis dari
suatu material, maka keuletan suatu material akan semakin tinggi. Namun, pada
beberapa kasus, dimana kurva tegangan dan regangan teknis yang dihasilkan
memiliki kemiringan yang cukup tajam, maka untuk menentukan keuletan suatu
material yang perlu dilihat adalah perpanjangan totalnya. Hal ini dilakukan karena
penentuan perpanjangan plastisnya melalui grafik sangat sulit untuk dilakukan,
dan besarnya perpanjangan total hampir sama dengan perpanjangan plastisnya
sebagai akibat dari kemiringan kurva yang sangat tajam.
Spesimen hasil pengujian tarik juga mengalami pengecilan setempat pada
bagian tengahnya yang disebut juga dengan istilah necking.Besarnya reduction of
area ini dapat pula dijadikan sebagi dasar dalam penentuan keuletan suatu
material. Semakin besar reduction of area yang dihasilkan maka
keuletan
material tersebut akan semakin tinggi. Reduction of area ini terjadi karena beban
yang diterapkan pada material melebihi batas ultimatenya, sehingga deformasi
plastis yang terjadi pada material tidak lagi homogen.
2.8.2 Uji kekerasan ( Hardness test )
Kekerasan adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari
suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk
material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force)
dan deformasi plastis. Deformasi plastis sendiri suatu keadaan dari suatu material
ketika material tersebut diberikan gaya maka struktur mikro dari material tersebut
Universitas Sumatera Utara
sudah tidak bisa kembali ke bentuk asal artinya material tersebut tidak dapat
kembali ke bentuknya semula.
Tabel 2.3. Macam – Macam Teknik Pengujian Kekerasan (Wiliam D.
Calister,Jr.)
Lebih ringkasnya kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu
material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan).
Uji kekerasan terdiri dari :
1. Brinnel ( HB/BHN )
Pengujian dengan metode brinell adalah untuk menentukan
kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola
baja ( indentor ) yang di tekankan pada permukaan material uji tersebut (
spesimen )
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13 Pengujian Brinell
�� = �
2
Dimana :
2�
�(�−�� 2 −� 2 )
..................................................(2.3)
D = Diameter bola ( mm )
d = Impression diameter ( mm )
F = load ( beban ) ( kgf )
HB = Brinell Result ( HB )
Gambar 2.14 Perumusan untuk pengujian brinell
Universitas Sumatera Utara
2.
Rockwell (HR / RHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan
kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap
indentor berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada
permukaan material uji tersebut.
Untuk mencari besarnya nilai kekerasan dengan menggunakan metode
Rockwell dijelaskan pada gambar 2.12, yaitu pada langkah 1 benda uji
ditekan oleh indentor dengan beban minor (Minor Load F0) setelah itu
ditekan dengan beban mayor (major Load F1) pada langkah 2, dan pada
langkah 3 beban mayor diambil sehingga yang tersisa adalah minor load
dimana pada kondisi 3 ini indentor ditahan seperti kondisi pada saat load
F0.
Gambar 2.15 Pengujian rockwell
Gambar 2.16Prinsip kerja metode pengukuran kekerasan Rockwell
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari besarnya
kekerasan dengan metode Rockwell.
HR = E – e ..................................................( 2.4 )
Dimana :
Universitas Sumatera Utara
F0
= Beban Minor (Minor Load) (kgf)
F1
= Beban Mayor (Major Load) (kgf)
F
= Total beban (kgf)
e
= Jarak antara kondisi 1 dan kondisi 3 yang dibagi dengan 0.002
mm
E
= Jarak antara indentor saat diberi minor load dan zero reference
line yang untuk tiap jenis indentor berbeda-beda
HR
= Besarnya nilai kekerasan dengan metode hardness
Tabel dibawah ini merupakan skala yang dipakai dalam pengujian
Rockwell skala dan range uji dalam skala Rockwell. Besarnya minor
load maupun major load tergantung dari jenis material yang akan di uji,
jenis-jenisnya bisa dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.4 Rockwell Hardness Scales
Scale
Indentor
A Diamond
F0
F1
(kgf) (kgf) (kgf)
10
50
cone
B 1/16" steel
F
E
Jenis Material Uji
60 100 Exremely hard materials, tugsen
carbides, dll
10
90
ball
100 130 Medium hard materials, low dan
medium carbon steels, kuningan,
perunggu, dll
C Diamond
10
140 150 100 Hardened steels, hardened and
cone
D Diamond
tempered alloys
10
90
100 100 Annealed kuningan dan tembaga
E 1/8" steel ball 10
90
100 130 Berrylium copper,phosphor bronze,
cone
dll
F 1/16" steel
10
50
60 130 Alumunium sheet
ball
Universitas Sumatera Utara
G 1/16" steel
10
140 150 130 Cast iron, alumunium alloys
ball
H 1/8" steel ball 10
50
60 130 Plastik dan soft metals seperti
timah
K 1/8" steel ball 10
140 150 130 Sama dengan H scale
L 1/4" steel ball 10
50
60 130 Sama dengan H scale
M 1/4" steel ball 10
90
100 130 Sama dengan H scale
P 1/4" steel ball 10
140 150 130 Sama dengan H scale
R 1/2" steel ball 10
50
60 130 Sama dengan H scale
1/2" steel ball 10
90
100 130 Sama dengan H scale
S
V 1/2" steel ball 10
3.
140 150 130 Sama dengan H scale
Vickers(HV / VHN)
Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan
kekerasan suatu material dalam yaitu daya tahan material terhadap
indentor intan yang cukup kecil dan mempunyai bentuk geometri
berbentuk piramid seperti ditunjukkan pada gambar 2.13. Beban yang
dikenakan juga jauh lebih kecil dibanding dengan pengujian rockwell dan
brinel yaitu antara 1 sampai 1000 gram. Angka kekerasan Vickers (HV)
didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dengan luas
permukaan bekas luka tekan (injakan) dari indentor(diagonalnya) (A)
yang dikalikan dengan sin (136°/2). Rumus untuk menentukan besarnya
nilai kekerasan dengan metode vikers yaitu
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.17Pengujian Vikers
Gambar 2.18 Bentuk indicator vikers (Callister, 2001)
Pengujian Vickers dapat dirumuskan :
……………………………….(2.5)
……………….……………....(2.6)
………………………………...(2.7)
Universitas Sumatera Utara
Dimana,
HV
= Angka kekerasan Vickers
F
= Beban (kgf)
d
= diagonal (mm)
4. Uji Kekerasan Mikro ( Knoop Hardness)
Metode ini menggunakan prinsip indentasi yang digunakan untuk
mengukur kekerasan benda-benda mikro. Penetratornya adalah intan
dengan perbandingan diagonal panjang dan pendek sekitar 7:1. Intan
tersebut berupa intan kasar yang dibentuk sedemikian menjadi bentuk
piramida.
Gambar 2.19 Bentuk indentor knoop (Callister, 2001)
Dibawah ini merupakan rumus yang digunakan untuk mencari
besarnya kekerasan dengan metode Rockwell.
Dimana :
HK
= Angka kekerasan knoop
F
= Beban (kgf)
I
= Panjang indentor (mm)
Universitas Sumatera Utara